JP2009510723A - タンタルｃｍｐのための組成物および方法 - Google Patents

Abstract

タンタル化学的機械的研磨（ＣＭＰ）に好適な組成物は、研磨剤、有機酸化剤、およびそれらのための液体キャリアを含む。有機酸化剤は、標準水素電極に対して０.５Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）を有する。酸化形態は、直接環についた少なくとも１つのヘテロ原子を含む少なくとも１つのπ共役環を含む。ヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓまたはそれらの組み合わせであることができる。方法の態様において、研磨剤、および標準水素電極に対して０.７Ｖ以下のＥ^０を有する有機酸化剤、およびそれらのための液体キャリアを含むＣＭＰ組成物は、基材の表面を組成物で、好ましくは磨きパッドの助けで摩耗させることによって基材のタンタル含有表面を磨くために利用される。

Description

本発明は、タンタル含有表面を含む基材を磨く、組成物および方法に関する。さらに特に、本出願は、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化できる有機酸化剤を含有する化学的機械的研磨組成物に関する。

基材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、周知技術である。（研磨スラリーとしても公知の）研磨組成物は、典型的には水溶液中に研磨材を含み、そして表面と、スラリー組成物で飽和した磨きパッドとを接触させることによって、表面に適用される。典型的な研磨材は、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、および酸化スズを含む。例えば、米国特許第５,５２７,４２３号明細書は、表面と、水性媒体中に高純度の金属酸化物微粒子を含む研磨スラリーとを接触させることによる金属層の化学的機械的研磨ための方法を記載する。あるいは、研磨材は磨きパッド中に取り込まれてもよい。米国特許第５,４８９,２３３号明細書は、表面織地またはパターンを有する磨きパッドの使用を開示し、そして米国特許第５,９５８,７９４号明細書は、固定された研磨剤磨きパッドを開示する。

従来の研磨システムおよび研磨方法は、典型的には半導体ウェハーの平坦化において、完全に満足ではない。特に、研磨組成物および磨きパッドは、望ましい研磨速度未満であることができ、そして半導体表面の化学的機械的研磨でのそれらの使用は、貧弱な表面品質となることが可能である。半導体ウェハーの性能は、その表面の平坦度に直接関連するので、高い研磨効率、均一性、および除去速度を生じそして最小限の表面欠陥で高品質の研磨を行う研磨組成物および方法を使用することが重要である。

半導体ウェハーために効果的な研磨システムを創ることの困難さは、半導体ウェハーの複雑さから生じる。半導体ウェハーは、典型的には該基材上に複数のトランジスターが形成された基材からなる。集積回路は、基材中のパターニング領域および基材上の層によって、基材と化学的および物理的に接続される。動作可能な半導体ウェハーを製造し、そしてウェハーの収率、性能、および信頼性を最大化するために、下地構造またはトポグラフィーに不利に影響することなく、ウェハーの選択された表面を磨くことが望ましい。実際、方法のステップが充分に平坦化されたウェハーの表面上で行われない場合、半導体製造において種々の問題が発生し得る。

チタン、窒化チタン、アルミニウム銅、アルミニウムケイ素、銅、タングステン、白金、白金タングステン、白金スズ、ルテニウム、タンタル、タンタル窒化物、およびそれらの組み合わせを含む種々の金属、金属酸化物、金属窒化物、合金、およびその同類のものは、配線レベルとデバイスとの間の電気的接続を形成するために使用されてきた。貴金属は、機械的に硬質でありそして化学的に耐久性があり、化学的機械的研磨を通して効率的に除去することを困難にする点で特別な挑戦を示す。

以下の特許は、貴金属ための研磨組成物を開示する。米国特許第５,６９１,２１９号明細書は、貴金属導電性層を含む半導体メモリーデバイスおよび貴金属を研磨するためのハロゲン化合物を含む研磨組成物を開示する。米国特許第６,２７４,０６３号明細書は、化学的エッチング液（例えば、硝酸アルミニウム）、研磨剤粒子、および酸化剤を含むニッケル基材ための研磨組成物を開示する。米国特許第６,２９０,７３６号明細書は、塩基性水溶液中に研磨剤およびハロゲンを含む貴金属ための化学的活性研磨組成物を開示する。特開昭６３年第０９６５９９号明細書は、金属ルテニウムの溶解方法を開示する。特開平１１年第１２１４１１号明細書は、白金族金属酸化物の微粒子を含む白金族金属（例えば、Ｒｕ,Ｐｔ）ための研磨組成物を開示する。特開平１２年第７０５１２号明細書は、過酸化水素、アルカリシアン化、およびホスフェートイオンおよび／またはボレートイオンを含む貴金属ための溶解溶液を開示する。国際公開第００/７７１０７Ａｌ号明細書は、研磨剤、液体キャリア、酸化剤、ならびにＥＤＴＡ、窒素を含有する大員環（例えば、テトラアザシクロテトラデカン）、クラウンエーテル、ハロゲン化物、シアン化物、クエン酸、ホスフィン、およびホスホネートを含む研磨添加物を含む貴金属（例えば、Ｒｕ,Ｒｈ,Ｐｄ,Ｏｓ,Ｉｒ,Ｐｔ）ための研磨組成物を開示する。国際公開第０１/４４３９６Ａｌ号明細書は、その称するところによれば研磨剤粒子の分散を改善し、そして金属の除去速度および選択性を高める、硫黄含有化合物、研磨剤粒子、および水に可溶な有機添加物を含む貴金属ための研磨組成物を開示する。

さらに、バリアーフィルム用途でのタンタル除去等の、タンタル含有表面の化学的機械的研磨は、典型的には酸化剤を利用する。過酸化水素は、タンタルＣＭＰ中で使用される最も普通の酸化剤である。過酸化水素は、研磨スラリー組成物のポットライフの安定性を制限する他のスラリー成分と、反応できる強い酸化剤である。Ｆｅ,Ｏｓ、またはＲｕ等の電子移動触媒は、低いｐＨで添加でき、過酸化水素と協働して、磨かれる表面上に存在する金属の酸化および除去を加速する。高いｐＨ値では、これらの金属電子移動触媒は、酸化化合物および水酸化物化合物として沈殿し、そして電子移動触媒としてそれらの有効性を失う。多くの場合、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化することも望ましい。多くの普通の酸化剤は、タンタルと銅との間で選択的でない。

マイクロチップデバイスにおける多孔性ｌｏｗ−ｋ材料の導入は、「ローダウンプレッシャー（ｌｏｗ ｄｏｗｎ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」（ｌｏｗ−Ｐ）平坦化を極めて重要な因子とした。ｌｏｗ−Ｐ作業は、現在のところ利用できるＣＭＰのフレームワークに取り込むことは困難であるが、電気化学的に制御された材料の除去と、ステップの主な役割がサンプル表面にかけて均一な平坦化を提供すること（すなわち、表面の凹部領域より上の突起部から選択的に材料の除去を加速すること）であるｌｏｗ−Ｐ機械的研磨とを組み合わせることは可能である。工業用途でアプライドマテリアルにより導入されたこのアプローチを、電気化学的機械的平坦化（ＥＣＭＰ）といい、そして潜在的には、現在のところ行われている化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）よりさらに効率的な平坦化技術になる。

ＥＣＭＰの多くの出願では、機械的摩耗ステップは、酸化物および／または（下地バルク金属のではない）表面錯体の薄い不動態被膜の除去を含み、そしてそれ故にローダウンプレッシャー（＜１ｐｓｉ）で行うことができる。電気化学技術は、種々のＣＭＰシステムの腐食/侵食作用を分析するために、多くの場合ＣＭＰメカニズムの"プローブ"としてのみ使用されるが、これらの技術は、実際のＣＭＰ法にはあまり適用されない。ＥＣＭＰでは、材料除去のメカニズムを活性化させること、そして理解することの両方のために、電気化学の技術を使用できる。そのｌｏｗ−Ｐの処理能力に加えて、ＥＣＭＰの別の主な特徴は、全くないかまたは非常に低濃度の研磨剤粒子を有する電解質を使用して行うことができることである。これは、ウェハー均一性、粒子凝集、スラリーの取り扱いおよび廃棄物の処理がないこと等のスラリーを含有する高濃度の研磨剤粒子の使用に関連するＣＭＰの幾つかの不利益を除くことを助ける。終点検出の課題は、適用された電圧また電流を単に制御することで、平坦化の程度を正確に制御することができるＥＣＭＰでは比較的容易である。しばしば、ある高価な、不安定なおよび／または副反応を起こす薬品（酸化剤、界面活性剤等）をＥＣＭＰで使用する必要性を除くことも可能であろう。

しかし、表面の不完全性および下地構造への損傷および研磨および平坦化中のトポグラフィー等の欠陥を最小化しながら、基材の研磨および平坦化の間に望ましい平坦化効率、均一性、および除去速度を示すであろう研磨システムおよび研磨方法への要求が依然としてある。改善された研磨組成物および方法、特に化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の間に銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化できる組成物および方法が、タンタル含有基材の研磨のために必要である。

本発明は、そうした改善された化学的機械的研磨組成物および方法を提供する。本発明のこれらおよび他の利点は、本明細書中に提供される本発明の記載から明らかになるであろう。

本発明は、研磨剤、有機酸化剤、および研磨剤および有機酸化剤ための液体キャリアを含む、タンタルのＣＭＰに好適な組成物を提供する。有機酸化剤は、標準水素電極に対して０.５Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）を有する。酸化剤は、直接環についた少なくとも１つのヘテロ原子を含む少なくとも１つのπ共役環を含む。ヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓ、またはそれらの組み合わせであることができる。好ましくは、有機酸化剤は、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化することができる。

タンタル含有基材の研磨方法は、基材の表面を研磨剤、標準水素電極に対して０.７Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）を有する有機酸化剤、および研磨剤および有機酸化剤ための液体キャリアを含む本発明のＣＭＰ組成物で摩耗させることを含む、上記の様に。好ましい態様では、有機酸化剤は、標準水素電極に対して０.５Ｖ以下のＥ^０を有する。典型的には、基材は、磨きパッドを利用して磨かれる基材の表面と接触させることによってＣＭＰ組成物を摩耗させる。

本発明は、貴金属および／またはタンタルを含む基材を研磨するための組成物および方法を対象にする。基材は、（ａ）研磨剤および磨きパッド、（ｂ）液体キャリア、および少なくとも１種の研磨添加物（すなわち、１種または２種以上の研磨添加物）を含む化学的機械的研磨（"ＣＭＰ"）システムと接触する。研磨添加物は、望ましくはシステムが基材の少なくとも１つの貴金属層を磨く速度を増加させる、任意の好適な化合物であることができる。少なくとも基材の一部分は、基材の表面を磨くように、摩耗される。研磨剤、液体キャリア、および追加の研磨添加物、並びに液体キャリア中で懸濁された任意の他の成分は、ＣＭＰシステムの研磨組成物を形成する。

タンタル含有表面を有する基材を研磨するために、研磨添加物は、好ましくは標準水素電極に対して０.５Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ）を有する有機酸化剤である。有機酸化剤は、直接環についた少なくとも１つのヘテロ原子を含む少なくとも１つのπ共役環を含む。少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、有機酸化剤は、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化することができる。

研磨剤は、磨きパッド上に固定され、そして／または微粒子形態であり、そして液体キャリア中で懸濁されることができる。好ましくは、研磨剤は液体キャリア中で懸濁される。磨きパッドは、任意の好適な磨きパッドであることができる。

研磨剤は任意の好適な研磨剤であることができ、それらの多くが当該技術分野で知られている。例えば、研磨剤は、天然または合成であることができ、そしてダイアモンド（例えば、ポリ結晶のダイアモンド）、ガーネット、ガラス、炭化ケイ素、金属酸化物、窒化物、カーバイド、ポリマー、複合物（例えば、ポリマー複合物またはポリマー/金属酸化物複合物）、およびその同類のものを含むことができる。研磨剤の選択は、磨かれる基材の特別な性質によることができる。研磨剤は、好ましくは金属酸化物、ダイアモンド、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、またはそれらの組み合わせを含む。金属酸化物は、望ましくはアルミナ、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、それらの共生成品、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。さらに好ましくは、研磨剤は、シリカ、アルミナ（例えば、α−アルミナ、フュームドアルミナ）、窒化ケイ素、および／または炭化ケイ素を含む。いくつかの態様において、研磨剤は、好ましくは１５０ｎｍ以上（例えば、２００ｎｍ以上、または２５０ｎｍ以上）の平均粒径を有するα−アルミナを含む。典型的には、α−アルミナは、より柔らかい研磨剤（例えば、フュームドアルミナ）と組み合わせて使用される。研磨剤は、任意の好適な粒径を有することができる。いくつかの態様において、１５０ｎｍ以上（例えば、２００ｎｍ以上、または２５０ｎｍ以上）の平均粒径を有するα−アルミナの使用が、好ましい。平均粒径は、例えば、Ｈｏｒｉｂａ ＬＡ−９１０測定器を使用して光産卵により決定され報告される。

本願中に記載されたように任意の研磨材を、本発明のタンタルＣＭＰ組成物で利用できる。好ましい研磨剤の限定されない例は、シリカ研磨剤、アルミナ研磨剤、ジルコニア研磨剤、セリア研磨剤、およびそれらいずれかの組み合わせを含む。タンタル含有表面の研磨では、好ましい研磨剤は、コロイドシリカである。コロイドシリカは、必要に応じて、アルミニウムまたはホウ素等の金属でドープできる。好ましくは、コロイドシリカの平均粒径は、１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは７０ｎｍ以下である。

任意の好適な量の研磨剤が、研磨組成物中に存在できる。典型的には、０.０１ｗｔ％以上（例えば、０.０３ｗｔ％以上、または０.０５ｗｔ％以上）研磨剤が、研磨組成物中に存在するであろう。さらに典型的には、０.１ｗｔ％以上の研磨剤が、研磨組成物中に存在するであろう。研磨組成物中での研磨剤の量は、典型的には５０ｗｔ％を超えないであろうし、さらに典型的には、２０ｗｔ％を超えないであろう。好ましくは、研磨組成物中の研磨剤の量は、０.５ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。いくつかの態様において、研磨組成物の研磨剤の量は、望ましくは０.１ｗｔ％〜５ｗｔ％である。タンタルＣＭＰ組成物の場合には、研磨剤は、好ましくは０.０１〜５ｗｔ％、さらに好ましくは０.０５〜２ｗｔ％、最も好ましくは０.１〜１ｗｔ％の範囲内にある全固体含有量で液体キャリア中に懸濁される。

液体キャリアは、磨かれるまたは平坦化される好適な基材の表面に、（存在する場合）研磨剤、１種または２種以上の研磨添加物、および任意の追加の添加物の適用を促進するために使用される。液体キャリアは、典型的には水性キャリアであり、そして水単独であることができ、水および好適な水混和性溶媒を含むことができ、または、エマルジョンであることができる。好適な水混和性溶媒は、メタノール、エタノール等のアルコール類を含み、好ましくは、水性キャリアは、水、さらに好ましくは脱イオン水からなる。

本発明の第１の態様では、研磨添加物は、化学的機械的研磨システム中に存在する。研磨添加物は、貴金属表面と相互作用し、そして化学的機械的研磨の間、その溶解を促進する。好適な研磨添加物は、ジケトン、ジケトネート、尿素化合物、複素環窒素含有化合物、複素環酸素含有化合物、複素環リン含有化合物、両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物、スルホン酸化合物、それらの塩、およびそれらの組み合わせを含む。

好適なジケトンおよびジケトネートは、例えば、シクロペンタンジオン、シクロヘキサンジオン、シクロブタンジオン、シクロヘプタンジオン、直鎖ジケトン、およびアルキルアンモニウム−２,４−ペンタンジオネート塩を含む。好適な複素環窒素含有化合物は、例えば、ピリジン、ビピリジン、キノリン、フェナントロリン、ピリミジン、ヒドロピリミジン（ｈｙｄｒｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、ピラジン、ピラゾール、イミダゾール、イミダゾリン、イミダゾリジン、ピペラジン、トリアジン、プリン、オキサゾール、オキサジン、ピロール、ピロリン、ピロリジン、インドール、インドリン、イソインドール、カルバゾール、およびそれらの組み合わせを含む。好適な複素環酸素含有化合物は、例えば、ジオキソラン、トリオキソラン、フラン、ピロン、モルホリン、クマリン、ベンゾピロン、ジオキサン、トリオキサン、およびオゾニドを含む。好適な複素環リン含有化合物は、例えば、ホスホール（ｐｈｏｓｐｈｏｌｅｓ）、ホスホラン、ホスホレン（ｐｈｏｓｐｈｏｌｅｎｅｓ）、およびホスホリジンを含む。複素環窒素、酸素、およびリン含有化合物は、１種または２種以上のアルコール基、アミド基、ケトン基、カルボン酸基、またはスルホン酸基をさらに含んでもよい。例えば、複素環窒素含有研磨添加物は、ピコリン酸、２−ピリジンカルボキシアルデヒド、３−ピリジンカルボキシアルデヒド、４−ピリジンカルボキシアルデヒド、２−ピリジンメタノール、２,３−ピリジンジカルボン酸、２,６−ピリジンジカルボン酸、２−ピリジル酢酸塩酸塩、３−ピリジル酢酸塩酸塩、２−ピリジンエタンスルホン酸、４−ピリジンエタンスルホン酸、１−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、アデニン、グアニン、シトシン、およびチミンであることができる。

両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物は、特定のｐＨで両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物である。両性イオン性化合物は、隣接しない原子上に形式上反対電荷を有する中性の化合物である。両性イオン性化合物は、ｐＨが酸部分のｐＫａと塩基部分のｐＫａとの間である場合、化合物が両性イオン性であるように、典型的には酸部分のｐＫａが塩基部分のｐＫａと異なる、酸部分および塩基部分の両者を含む。両性イオン性化合物は、内塩とも呼ばれる。両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物は、アミノ酸である必要は無いが、例えば、アミノ酸は、両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物である。その点において、上記に示したような研磨添加物に関しては、ピリジンエタンスルホン酸、ピリジンスルホン酸、ピリジル酢酸、３−（３−ピリジル）プロピオン酸、ピラジンカルボン酸、ｌ−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、およびピコリン酸は、両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物である。本発明の研磨組成物中で有用である両性イオン性化合物であることができるさらなる窒素含有化合物は、スルファニル酸、ドデシルジメチル（３−スルホプロピル）水酸化アンモニウム（ラウリルスルホベタイン）,（カルボキシメチル）トリメチル水酸化アンモニウム（ベタイン）,２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸、Ｎ−２−アセトアミドイミノ二酢酸、１,３−ビス［トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミノ］プロパン、Ｎ−２−アセトアミド−２−アミノエタンスルホン酸、３−（Ｎ−モルホリン）プロパンスルホン酸、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−２−アミノエタンスルホン酸、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ'−２−エタンスルホン酸、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ'−３−プロパンスルホン酸、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチルグリシン、シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸、３−（シクロヘキシルアミノ）プロパンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、それらの塩、およびそれらの組み合わせを含む。

スルホン酸化合物は、モノ−、ジ−、トリ−、またはポリスルホン酸化合物またはそれらの塩である。好ましくは、スルホン酸化合物は、モノ−、ジ−、またはトリスルホン酸化合物またはそれらの塩である。典型的には、スルホン酸化合物は、アリールスルホン酸、アルキルスルホン酸、複素環スルホン酸、またはそれらの塩からなる群から選択される。好適なスルホン酸化合物は、上記のスルホン酸化合物のいずれか、例えば、ピリジンエタンスルホン酸、ピリジンスルホン酸、１−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、スルファニル酸、ドデシルジメチル（３−スルホプロピル）水酸化アンモニウム、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸、Ｎ−２−アセトアミド−２−アミノエタンスルホン酸、３−（Ｎ−モルホリン）プロパンスルホン酸、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−２−アミノエタンスルホン酸、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ'−２−エタンスルホン酸、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ'−３−プロパンスルホン酸、シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸、３−（シクロヘキシルアミノ）プロパンスルホン酸、および２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸を含む。さらに、スルホン酸化合物は、ベンゼンスルホン酸、ヒドロキノンスルホン酸、イセチオン酸、４,７−ジフェニル−１,１０−フェナントロリンジスルホン酸、１,２−ナフトキノン−４−スルホン酸、アミノアントラキノンスルホン酸、２−ホルミルベンゼンスルホン酸、３−アミノ−４−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、４−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、６−アミノトルエン−３−スルホン酸、ベンジジン−３−スルホン酸、ジフェニルアミン−４−スルホン酸、ヒドロキシルアミン−Ｏ−スルホン酸、ピペリジンスルホン酸、ｐ−アニシジン−３−スルホン酸、ｐ−キシレン−２−スルホン酸、メタンスルホン酸、３−シクロヘキシルアミノ−ｌ−プロパンスルホン酸、５−ホルミル−２−フランスルホン酸、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択できる。

好ましくは、研磨添加物は、ピコリン酸、２−ピリジンカルボキシアルデヒド、２−ピリジンメタノール、２,３−ピリジンジカルボン酸、２,６−ピリジンジカルボン酸、２−ピリジル酢酸塩酸塩、２−ピリジンエタンスルホン酸、４−ピリジンエタンスルホン酸、１,１０−フェナントロリン、１,２−ペンタジオン、スルファニル酸、ピリジンスルホン酸、ｌ−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、ヒドロキノンスルホン酸、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−２−アミノエタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、イセチオン酸、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。

研磨添加物が、スルホン酸化合物である場合、望ましくは、研磨剤は、アルミナ、特にα−アルミナを含む。好ましくは、研磨剤は、α−アルミナおよびフュームドアルミナ（例えば、６０％α−アルミナおよび４０％フュームドアルミナ）の混合物を含む。さらに好ましくは、研磨剤は、１５０ｎｍ以上（例えば、２００ｎｍ以上、または２５０ｎｍ以上）の平均粒径を有するα−アルミナを含む。

ＣＭＰシステムは、第１の態様の任意の好適な量の研磨添加物を含むことができ、そして典型的には、０.０１ｗｔ％以上のそうした研磨添加物を含む。好ましくは、ＣＭＰシステムは、０.０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％（例えば、０.１ｗｔ％〜１０ｗｔ％）のそうした研磨添加物を含む。さらに好ましくは、ＣＭＰシステムは、０.１ｗｔ％〜５ｗｔ％（例えば、０.１ｗｔ％〜２ｗｔ％）のそうした研磨添加物を含む。

本発明の第２の態様では、研磨添加物およびペルオキシタイプ酸化剤が、化学的機械的研磨システム中に存在する。研磨添加物は、２つまたは３つ以上の酸化状態を有する金属化合物である。研磨添加物は、金属塩または金属配位子錯体であることができる。例えば、研磨添加物は、式ＭＸ、ＭＸ_２、ＭＸ_３、またはＭ_２Ｘ_３（式中Ｍは、Ｆｅ,Ｃｕ、またはＭｎであり、そしてＸは、硝酸塩、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酸化物、水酸化物、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、アセチルアセトネート、クエン酸塩、酒石酸塩、マロン酸塩、グルコン酸塩、フタル酸塩、コハク酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される）の鉄、銅、またはマンガン化合物であることができる。研磨添加物は、また式ＣｅＸ_２（式中、Ｘは、酸化物、水酸化物、およびそれらの組み合わせから選択される）のセリウム化合物であることができる。好ましくは、研磨添加物は、硫酸鉄、硝酸鉄、硝酸銅、または過塩素酸マンガンである。ＣＭＰシステムは、１種または２種以上の研磨添加物を含んでもよく、そして上記の研磨添加物の混合物を含んでもよい。

ＣＭＰシステムは、第２の態様の任意の好適な量の研磨添加物を含むことができ、そして典型的には０.０００１ｗｔ％以上のそうした研磨添加物を含む。好ましくは、ＣＭＰシステムは、０.００１ｗｔ％〜５ｗｔ％のそうした研磨添加物を含む。さらに好ましくは、ＣＭＰシステムは、０.００１ｗｔ％〜２ｗｔ％のそうした研磨添加物を含む。

第３の態様では、研磨剤は、化学的機械的研磨システム中に存在し、そして液体キャリア中で懸濁される。研磨剤混合物は、α−アルミナおよびフュームドアルミナを含む。典型的には、α−アルミナのフュームドアルミナ対する重量比は、０.６：１〜９：１である。好ましくは、α−アルミナのフュームドアルミナに対する重量比は１：１〜４：１（例えば、１.５：１〜３：１）である。

第３の態様のＣＭＰシステムは、任意選択的にさらに研磨添加物を含む。研磨添加物は、任意の好適な研磨添加物であることができる。例えば、研磨添加物は、第１のおよび第２の態様に関して上記に記載した研磨添加物のいずれかであることができる。好適な研磨添加物は、カルボキシレートおよびその酸、ヒドロキシレートおよびその酸、カルボニレートおよびその酸、ピロホスフェート、縮合ホスフェート、ホスホン酸およびそれらの塩、アミン、アミノアルコール、アミド、イミン、イミノ酸およびそれらの塩、ニトリル、ニトロ、チオール、チオエステル、チオエーテル、カルボチオリック酸（ｃａｒｂｏｔｈｉｏｌｉｃ ａｃｉｄ）およびそれらの塩、カルボチオニック酸（ｃａｒｂｏｔｈｉｃ ａｃｉｄ）およびそれらの塩、チオカルボン酸およびそれらの塩、スルホン酸およびそれらの塩、チオサリチル酸およびそれらの塩、およびそれらの混合物をさらに含む。

ＣＭＰシステムは、任意選択的にさらにパータイプの（ｐｅｒ−ｔｙｐｅ）酸化剤を含む。第２の態様のＣＭＰシステムは、ペルオキシタイプの酸化剤を含む。パータイプの酸化剤は、任意の好適なパータイプの酸化剤であることができる。好適なパータイプの酸化剤は、無機および有機のパー化合物を含む。パー化合物（Ｈａｗｌｅｙ’ｓ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙにより定義される）は、少なくとも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を含有する化合物またはその最も高い酸化状態にある元素を含有する化合物である。少なくとも１つのペルオキシ基を含有する化合物の例は、過酸化尿素および過炭酸塩等の過酸化水素およびその付加物、過酸化ベンゾイル、過酢酸、および過酸化ジ−ｔｅｒｔ−ブチル、モノパーサルフェート（ＳＯ_５ ^２−）、ジパーサルフェート（ｄｉｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ：Ｓ_２Ｏ_８ ^２−）、および過酸化ナトリウム等の有機過酸化物を含むがこれらに限られない。その最も高い酸化状態にある元素を含有する化合物の例は、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸縁、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、および過マンガン酸塩を含むがこれらに限られない。パータイプの酸化剤は、好ましくは過酸化水素、過硫酸塩（例えば、過硫酸アンモニウム）、過ヨウ素酸塩、および過マンガン酸塩からなる群から選択される。さらに好ましくは、パータイプの酸化剤は、過硫酸アンモニウムまたは過酸化水素である。

ペルオキシタイプ酸化剤は、少なくとも１つのペルオキシ基を含有する化合物であり、そして有機過酸化物、無機過酸化物、およびそれらの混合物からなる群から選択される。少なくとも１つのペルオキシ基を含有する化合物の例は、過酸化尿素および過炭酸塩等の過酸化水素およびその付加物、過酸化ベンゾイル、過酢酸、および過酸化ジ−ｔｅｒｔ−ブチル、モノパーサルフェート（ＳＯ_５ ^２−）、ジパーサルフェート（Ｓ_２Ｏ_８ ^２−）、および過酸化ナトリウム等の有機過酸化物を含むがこれらに限定されない。好ましくは、ペルオキシタイプ酸化剤は、過酸化水素である。

ＣＭＰシステムは、任意の好適な量のパータイプまたはペルオキシタイプの酸化剤を含むことができる。ＣＭＰシステムは、好ましくは第１の態様の研磨添加物と供に０.５〜２０ｗｔ％パータイプの酸化剤を含む。ＣＭＰシステムは、好ましくは第２の態様の研磨添加物と供に０.１ｗｔ％〜２０ｗｔ％（例えば、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％）ペルオキシタイプの酸化剤を含む。ＣＭＰシステムは、好ましくは第３の態様の研磨剤と供に０.５〜２０ｗｔ％パータイプの酸化剤を含む。

本発明の第４の態様は、基材のタンタル含有表面、特にタンタルおよび銅を含有する表面の研磨での使用に好適なＣＭＰ組成物を含む。ＣＭＰ組成物は、：（ａ）研磨剤；（ｂ）標準水素電極に対して０.５Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）（ＳＨＥ）を有する有機酸化剤、および（ｃ）それらのための液体キャリアを含む。有機酸化剤は、直接環についた少なくとも１つのヘテロ原子を有する少なくとも１つのπ共役環を含む。ヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓまたはそれらの組み合わせであることができる。いくつかの好ましい態様では、有機酸化剤は、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化することができる。

好ましくは、有機酸化剤は、不飽和炭化水素環、不飽和複素環、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの好ましい態様では、有機酸化剤は、２以上ヘテロ原子（例えば、Ｎ,Ｏ,Ｓ、またはそれらの組み合わせ）を含む複素環を含む。他の好ましい態様では、有機酸化剤のπ共役環は、少なくとも３つのヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓまたはそれらの組み合わせ）を含む。

本発明の組成物および／または方法での使用に好適な有機酸化剤の限定されない例は、少なくとも１つのキノン部分（例えば、アントラキノン、ナフトキノン、ベンゾキノン、およびその同類のもの）、パラフェニレンジアミン化合物、フェナジン化合物、チオニン化合物、フェノキサジン化合物、フェノキサチイン化合物、インジゴ化合物、インドフェノール化合物、またはそれらいずれかの組み合わせを有する化合物を含む。先の好適な有機酸化剤の非置換形態の構造が、化合物１は１,４−ベンゾキノンであり、化合物２ａは１,４−ナフトキノンであり、化合物２ｂは１,２−ナフトキノンであり、化合物３は９,１０−アントラキノンであり、化合物４はパラフェニレンジアミンであり、化合物５はフェナジンであり、化合物６はチオニンであり、化合物７はフェノキサジンであり、化合物８はフェノキサチインであり、化合物９はインジゴであり、そして化合物１０はインドフェノールである図１に示される。先の化学的なクラスの好適な有機酸化剤は、ＳＨＥに対して０.５Ｖ以下のＥ^０を有する。

有機酸化剤のある好ましいクラスは、酸化剤分子に結合した少なくとも１つの酸性置換基またはそれらの塩を含む。好適な酸性置換基は、カルボン酸置換基、スルホン酸置換基、ホスホン酸置換基、それらの塩、またはそれらいずれかの組み合わせを含む。

有機酸化剤の別の好ましいクラスは、プラスに帯電した複素環基、第四級アンモニウム置換基またはアミン置換基等のプラスに帯電した基（すなわち、カチオンの酸化剤）を含む。プラスに帯電した基がアミン置換基である場合、組成物のｐＨは、アミン置換基がプロトン化され、従って置換基にプラスの電荷を与えることを確かにするために、アミノ置換基のｐＫより少なくとも１ユニット低いように選択される。プラスに帯電した有機酸化剤の限定されない例は、チオニン化合物、フェナジン化合物、それらの塩、およびその同類のものを含む。カチオン酸化剤の好適な塩は、制限無く、ハロゲン化物塩（例えば、塩化物、臭化物、およびヨウ化物）、硫酸塩、リン酸塩、スルホン酸塩、ホスホン酸塩、硝酸塩、酢酸塩、安息香酸塩、およびその同類のものを含む。

いくつかの好ましい態様では、有機酸化剤は、アノード反応およびカソード反応の両者が還元および酸化の複数の繰り返し周期の間観察可能である、サイクリックボルタモグラムに特徴がある可逆的酸化還元反応を受けることできる。

好ましくは、有機酸化剤は、液体キャリア中で可溶性、または少なくとも分散性または液体キャリア中で（例えば、好適な界面活性剤、分散剤、または乳化剤の助けにより）乳化可能である。有機酸化剤は、０.１〜１０ミリモルの範囲中の有機酸化剤濃度で、好ましくは（すなわち、溶解して、分散してまたは乳化して）液体キャリア中に存在する。

好ましいタンタルＣＭＰ組成物は、アントラキノン、ナフトキノン、ベンゾキノン、またはそれらいずれかの組み合わせ等の少なくとも１種のキノン化合物を含む有機酸化剤を含む。好ましいアントラキノン化合物は、制限無く、９,１０−アントラキノン−２,６−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２,７−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２−スルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,５−ジスルホン酸、アリザリン、アリザリンレッドＳ、アシドブルー（Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ）４５、それらの塩、およびそれらいずれかの組み合わせを含み、その構造が図２中に示される。好ましいベンゾキノン化合物は、２,５−ジヒドロキシ−１,４−ベンゾキノンまたはそれらの塩を含む。

別の好ましいタンタルＣＭＰ組成物は、インジゴ化合物である有機酸化剤を含む。好ましいインジゴ化合物は、制限無く、その構造が図３に示されるインジゴ−５,５’−ジスルホン酸またはそれらの塩を含む。

１つの好ましい態様では、有機酸化剤は、タンタルＣＭＰ組成物中に存在する唯一の酸化剤である。他の好ましい態様では、本発明のタンタルＣＭＰ組成物は、好ましくは補助酸化剤の有機酸化剤に対するモル比が１：１０〜１０：１の補助酸化剤をさらに含む。好適な補助酸化剤の例は、本願中に記載されたようなパータイプまたはペルオキシタイプの酸化剤、またはそれらの組み合わせを含む。好適な補助酸化剤の限定されない例は、ヨウ素酸化合物（例えば、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸ナトリウム、およびその同類のもの）、過硫酸化合物（例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、およびその同類のもの）、および過酸化水素を含む。さらに、ヨウ素酸カリウム濃度（５ミリモル）と比較して、１／１０もの低濃度の有機酸化剤（９,１０−アントラキノン−２,６−ジスルホン酸、０.５ミリモル）の存在は、ヨウ素酸カリウムを単独で含有するスラリーと比較して、ポットライフの大幅な増加となる。

ＣＭＰ処理での使用に好適な任意の液体キャリアは、本発明のタンタルＣＭＰ組成物中で利用できる。液体キャリアは、典型的には水性キャリアであり、そして水単独であることができ、水および好適な水混和性溶媒を含むことができ、またはエマルジョンであることができる。好適な水混和性溶媒は、メタノール、エタノール等のアルコール類を含み、好ましくは、水性キャリアは、水、さらに好ましくは脱イオン水からなる。

いくつかの好ましい態様では、本発明のタンタルＣＭＰ組成物は、研磨方法の間にウェハーの表面からの酸化されたタンタル種（例えば、タンタル酸化物）の除去を助けるために、さらにアルカリ金属塩、界面活性剤、キレート剤、およびその同類のもの等の賦形剤を含む。

また他の好ましい態様では、本発明のＣＭＰ組成物は、銅酸化防止剤を含む。銅酸化防止剤の限定されない例は、１,２,４トリアゾール、ＩＨ−１,２,３トリアゾール、ｓ−トリアジン、ｌＨ−ｌ,２,４−トリアゾール−３−チオール、１,２,４−トリアゾロ［ｌ,５−ａ］ピリミジン、ｌＨ−ｌ,２,３−トリアゾロ−[４,５−ｂ]−ピリジン、ｌ,２,３−トリアゾール−４,５−ジカルボン酸等のトリアゾールおよびその誘導体、；ｌＨ−ベンゾトリアゾール、ｌＨ−ベンゾトリアゾール−１−カルボキシアルデヒド、ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸、５−メチル−ｌＨ−ベンゾトリアゾール、５−クロロベンゾトリアゾール、ｌ−（イソシアノメチル）−ｌＨ−ベンゾリアゾール等のベンゾトリアゾールおよびその誘導体；およびその同類のものを含む。

基材のタンタル含有表面の研磨方法は、基材の表面を、有機酸化剤およびそのための液体キャリアを含むタンタルＣＭＰ組成物で研磨することを含む。任意選択的に、研磨材（例えば、コロイドシリカ、フュームドシリカ、フュームドアルミナ、α−アルミナ、およびその同類のもの）を、ＣＭＰ組成物中に含めることができる。好ましくは、磨かれる表面は、少なくとも部分的に、タンタル、タンタル窒化物、またはそれらの組み合わせを含む。さらに、好ましくは、磨かれる表面の少なくとも一部は、銅を含む。好ましいタンタルＣＭＰ法の態様では、有機酸化剤は、ＳＨＥに対して０.７Ｖ以下のＥ^０を有する。有機酸化剤は、直接環についた少なくとも１つのヘテロ原子を有する少なくとも１つのπ共役環を含む。ヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓまたはそれらの組み合わせであることができる。別の好ましい態様では、有機酸化剤は、ＳＨＥに対して０.５Ｖ以下のＥ^０を有する。

好ましくは、磨かれる基材（例えば、半導体ウェハー）は、ＣＭＰ装置のプラテン上に取り付けられ、そしてＣＭＰ組成物は、磨かれる基材の表面に供給される。磨きパッドは、次にＣＭＰ組成物の助けにより、ウェハーの表面を磨耗させるために利用される。パッドは、制限無く、発泡体または固体ポリマーパッド（例えば、ポリウレタンパッド）を含む任意の従来の磨きパッド、埋め込まれた研磨剤粒子（すなわち、固定された研磨剤パッド）を含むパッド、および本願中に記載されたような、およびＣＭＰの分野で周知であるような、その同類のものであることができる。さらに、本発明の方法は、パッドおよびＣＭＰ組成物の助けにより、基材の表面から金属を電気化学的に溶解するために、電位が磨かれる表面に適用される電気化学ＣＭＰ法を包含する。

本発明のいくつかの好ましい方法の態様では、有機酸化剤は、アントラキノン、ナフトキノン、ベンゾキノン、またはそれらの組み合わせ等のキノン化合物を含む。好適なアントラキノン化合物の限定されない例は、図２に示された化合物を含む。好適なナフトキノン化合物の例は、制限無く、その構造が図４に示される１,２−ナフトキノン−４−スルホン酸およびそれらの塩を含む。好ましいベンゾキノン化合物は、制限無くその構造が図５に示される２,５−ジヒドロキシ−１,４−ベンゾキノン（ＤＨＢＱ）、またはそれらの塩を含む。

また別の好ましいタンタルＣＭＰ方法は、少なくとも１つのインドフェノール化合物を含む有機酸化剤を用いる。好ましいインドフェノール化合物は、制限無く、その構造が図６に示される２,６−ジクロロインドフェノールおよびそれらの塩（例えば、ナトリウム塩）を含む。

上記の態様のいずれかのＣＭＰシステムおよび組成物は、望ましくはｐＨ２〜１２を有する。実際のｐＨ範囲は、少なくとも磨かれる基材のタイプに依るであろう。ＣＭＰシステムが白金含有基材を磨くために使用される場合、ｐＨは望ましくは２〜７である。ＣＭＰシステムがルテニウム含有基材を磨くために使用される場合、ｐＨは望ましくは５以上好ましくは７〜１１である。ＣＭＰシステムがイリジウム含有基材を磨くために使用される場合、ｐＨは、望ましくは５〜１２、好ましくは７〜９である。より高いｐＨの使用は、貴金属の除去速度を増加させる傾向がある一方で、二酸化ケイ素層の除去速度が、同様に増加し、研磨選択性の全体的な低下を生じる。ＣＭＰ組成物がタンタル含有表面を磨くために使用される場合、ｐＨは好ましくは１.５〜５の範囲内にある。

上記の態様のいずれかのＣＭＰシステムは、任意選択的には、二酸化ケイ素層の除去速度を低下させる助けをするアミン含有モノマー、オリゴマー、またはポリマー化合物をさらに含む。好適なアミン含有化合物は、ポリエチレンイミン、ジメチルアミノプロピルアミン、１,４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、およびその同類のものを含む。

上記の態様のいずれかのＣＭＰシステムは、望ましくは少なくとも１種の貴金属を含む基材および／またはタンタル含有層および任意選択的に絶縁層の研磨方法で使用され、該基材が化学的機械的研磨システムと接触し、そして金属層または絶縁層が磨かれるように、基材の少なくとも金属層または絶縁層（存在する場合）の一部分が、摩耗される。基材は、任意の好適な基材（例えば、集積回路、メモリーまたは剛体円盤、金属、ＩＬＤ層、半導体、マイクロエレクトロメカニカルシステム、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、および低または高誘電率フィルム）であることができ、そして任意の好適な貴金属または貴金属合金層（例えば、金属導電性層）を含むことができる。絶縁層は、金属酸化物、多孔性金属酸化物、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ｈｉｇｈ−ｋまたはｌｏｗ−ｋ絶縁材料等の任意の好適な絶縁材料を含むことができる。絶縁層は、好ましくはケイ素系金属酸化物を含む。貴金属、貴金属合金、または貴金属酸化物層は、好ましくは、白金（Ｐｔ）、インジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）、または金（Ａｕ）を含む。好ましくは、貴金属または貴金属合金層は、白金、ルテニウム（例えば、ＲｕＯ_２）、またはイリジウム（例えば、ＩｒＯ_２）を含む。

以下の例は本発明をさらに具体的に示すが、もちろんその範囲に限定すると決して解釈すべきではない。

例１
この例は、白金の溶解速度における研磨添加物の効果を示す。

白金の溶解および腐食速度を、異なる研磨組成物（研磨組成物１Ａ〜１Ｌおよび１Ａ'〜１Ｌ'）の存在下で、白金回転円盤電極（ＲＤＥ）を使用して電気化学的に評価した。白金電極を５００回転／分で回転させ、そして９０ｋＰａ（１３ｐｓｉ）の押し力で研磨剤パッドと接触を保った。電極の表面が摩耗（溶解速度）するにつれて、そして摩耗した後（腐食速度）で、金属溶解速度を評価した。白金の活性を電流密度として測定し、次にファラデーの法則を使用する（Å／分での）溶解速度または腐食速度に再計算した。過酸化水素が酸化剤として使用される場合、溶解および腐食の計算された速度は、電極での過酸化水素の電気化学活性から生じる追加の電流密度を含む。従って、過酸化水素の存在下での、白金の報告された溶解および腐食速度は、真の白金の溶解および腐食速度より大きい場合がある。

研磨組成物のそれぞれは、６ｗｔ％α−アルミナおよび１ｗｔ％過硫酸アンモニウム（研磨組成物１Ａ〜ＩＬ）または１ｗｔ％過酸化水素のいずれか、および０.１ＮＫ_２ＳＯ_４支持電解質（研磨組成物１Ａ'〜１Ｌ'）を含んだ。研磨組成物ＩＡおよびＩＡ'（対照）は、全く研磨添加物を含まなかった。研磨組成物ＩＢ〜１Ｊおよび１Ｂ'〜１Ｊ'（対照）のそれぞれは、１ｗｔ％のグリシン、メチオニン、ヒスチジン、プロリン、メルカプトコハク酸、２−イミノ−４−チオブレット（ｔｈｉｏｂｕｒｅｔ）,２−アミノ−２−メチルプロパノール、およびＫＢｒをそれぞれ含んだ。研磨組成物ＩＫ〜ＩＬおよびＩＫ'〜ＩＬ'（発明）のそれぞれは、１ｗｔ％のピコリン酸、２,５−シクロペンタンジオン、およびピラゾールをそれぞれ含んだ。白金の溶解および腐食速度を測定した。過硫酸アンモニウムおよび過酸化水素の存在下での、白金の溶解および腐食の速度を表１および２中に、それぞれまとめる。

表１：過硫酸アンモニウムを用いた白金の溶解及び腐食速度

表２：過酸化水素を用いた白金の溶解及び腐食速度

これらの結果は、本発明の化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属溶解速度が得ることができることを示す。

例２
この例は、ルテニウムの溶解速度への研磨添加物の効果を示す。

異なる研磨組成物（研磨組成物２Ａ〜２Ｇおよび２Ａ'〜２Ｇ'）の存在下で、ルテニウム回転円盤電極（０.３２ｃｍ^２）を使用して、ルテニウムの溶解および腐食速度を電気化学的に評価した。ルテニウム電極を５００回転／分で回転させ、そして９０ｋＰａ（１３ｐｓｉ）の押し力で研磨剤パッドと接触を保った。電極の表面が摩耗（溶解速度）するにつれて、そして摩耗した後（腐食速度）で、金属溶解速度を評価した。ルテニウム活性を電流密度として測定し、次にファラデーの法則を使用して、（Å／分での）溶解または腐食速度に再計算した。過酸化水素が酸化剤として使用される場合、溶解および腐食の計算された速度は、電極での過酸化水素の電気化学活性から生じる追加の電流密度を含む。従って、過酸化水素の存在下での、ルテニウムの報告された溶解および腐食速度は、真のルテニウム溶解および腐食速度より大きい場合がある。

研磨組成物のそれぞれは、６ｗｔ％α−アルミナおよび１ｗｔ％過硫酸アンモニウム（研磨組成物２Ａ〜２Ｇ）または１ｗｔ％過酸化水素のいずれかおよび０.１ＮＫ_２ＳＯ_４支持電解質（研磨組成物２Ａ'〜２Ｇ'）を含んだ。研磨組成物２Ａおよび２Ａ'（対照）は、全く研磨添加物を含まなかった。研磨組成物２Ｂ〜２Ｅおよび２Ｂ'〜２Ｅ'（対照）のそれぞれは、１ｗｔ％のグリシン、メルカプトコハク酸、シュウ酸カリウム、およびｌ−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸（すなわち、Ｄｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）を、それぞれ含んだ。研磨組成物２Ｆ〜２Ｇおよび２Ｆ'〜２Ｇ'（発明）のそれぞれは、１ｗｔ％のピコリン酸および２,５−シクロペンタンジオンを、それぞれ含んだ。ルテニウムための溶解および腐食速度を、化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。過硫酸アンモニウム酸化剤および過酸化水素の存在下でのルテニウムの溶解および腐食速度を表３および４中にそれぞれまとめる。

表３：過硫酸アンモニウムを用いたルテニウム溶解および腐食速度

表４：過酸化水素を用いたルテニウム溶解および腐食速度

これらの結果は、本発明の化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属溶解速度を、得ることができることを示した。
例３

この例は、白金およびルテニウムの溶解速度への異なる研磨添加物の効果を示す。

白金およびルテニウムの溶解および腐食速度を、異なる研磨組成物（研磨組成物３Ａ〜３ＡＡ）の存在下で、白金またはルテニウム回転円盤電極のいずれかを使用して電気化学的に評価した。白金およびルテニウム金属電極を５００回転／分で回転させ、そして９０ｋＰａ（１３ｐｓｉ）の押し力で研磨剤パッドと接触を保った。白金およびルテニウム溶解速度を、電極の表面が摩耗されるにつれて（溶解速度）、および摩耗された後（腐食速度）で評価した。白金およびルテニウム活性を電流密度として測定し、次にファラデーの法則を使用して、（Å／分での）溶解または腐食速度に再計算した。過酸化水素が酸化剤として使用される場合、溶解および腐食計算された速度は、電極での過酸化水素の電気化学活性から生じる追加の電流密度を含む。従って、過酸化水素の存在下での、白金またはルテニウムの報告された溶解および腐食速度は、真の白金またはルテニウムの溶解および腐食速度より大きい場合がある。

研磨組成物の溶解および腐食速度を、２つのグループで評価した。第１のデータセットは研磨組成物３Ａ〜３Ｑからなる。第２のデータセットは研磨組成物３Ｒ〜３ＡＡからなる。

研磨組成物３Ａ〜３Ｑのそれぞれは、６ｗｔ％α−アルミナ、１ｗｔ％過酸化水素、および０.１ＮＫ_２ＳＯ_４支持電解質を含んだ。研磨組成物３Ａ（対照）は、研磨添加物を全く含まなかった。研磨組成物３Ｂ〜３Ｇ（対照）のそれぞれは、１ｗｔ％シクロブタンジカルボン酸、乳酸、１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸（すなわち、Ｄｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、グリシン、スクロース、およびエタノールを、それぞれ含んだ。研磨組成物３Ｈ〜３Ｑ（発明）のそれぞれは、１ｗｔ％３−（３−ピリジル）プロピオン酸、２−ピリジンメタノール、２−ピリジンカルボキシアルデヒド、２−ピリジンカルボキサミド、２,３−ピリジンジカルボン酸、２−ピリジル酢酸塩酸塩、４−ピリジンエタンスルホン酸、２,５−シクロペンタンジオン、ＦｅＳＯ_４、およびＦｅ（ＮＯ_３）_３をそれぞれ含んだ。

研磨組成物３Ｒ〜３ＡＡのそれぞれは、なんら過酸化水素を含まなかった研磨組成物３Ｓおよび３Ｗを除き６ｗｔ％α−アルミナ、１ｗｔ％過酸化水素、および０.１ＮＫ_２ＳＯ_４支持電解質を含んだ。研磨組成物３Ｒ〜３ＡＡ（発明）のそれぞれは、１ｗｔ％スルファニル酸、２−ピリジンエタンスルホン酸（ＨＰＯなし）,２−ピリジンエタンスルホン酸、２−ピリジンスルホン酸、３−ピリジル酢酸塩酸塩、４−ピリジル酢酸塩酸塩（ＨＰＯなし）,４−ピリジル酢酸塩酸塩、２−ピラジンカルボン酸、ｌ−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、および４−ピリジンエタンスルホン酸をそれぞれ含んだ。

白金およびルテニウムの溶解および腐食速度を、化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。化学的機械的研磨システムのそれぞれの白金およびルテニウムの溶解および腐食速度を表５および６中にまとめる。

表５：白金およびルテニウム溶解および腐食速度

表６：白金およびルテニウム溶解および腐食速度

これらの結果は、本発明の化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属溶解速度を、得ることができることを示す。

例４
この例は、白金の溶解速度への、研磨添加物の効果を示す。

白金回転円盤電極を使用して白金の溶解および腐食速度を、２つの異なる研磨組成物（研磨組成物４Ａおよび４Ｂ）の存在下で、電気化学的に評価した。白金電極を５００回転／分で回転させ、そして９０ｋＰａ（１３ｐｓｉ）の押し力で研磨剤パッドと接触を保った。白金溶解速度を、電極の表面が摩耗される（溶解速度）につれて、および摩耗（腐食速度）後に、評価した。白金活性を電流密度として測定し、次にファラデーの法則を使用して、（Å／分での）溶解または腐食速度に再計算した。

磨組成物のそれぞれは、６ｗｔ％α−アルミナ、１ｗｔ％過硫酸アンモニウム、および１ｗｔ％研磨添加物を含んだ。研磨組成物４Ａ（対照）は、研磨添加物として１ｗｔ％トリエチルアミンを含んだ。研磨組成物４Ｂ（発明）は、研磨添加物として１ｗｔ％１,１０−フェナントロリンを含んだ。白金の溶解および腐食速度を、５〜１０の範囲のｐＨ値で化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。化学的機械的研磨システムのそれぞれの白金の溶解および腐食速度を表７にまとめた。

表７：白金溶解および腐食速度

これらの結果は、本発明の化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属溶解速度を得ることができたことを示す。

例５
この例は、白金またはルテニウム除去の速度への、複素環窒素含有化合物を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金またはルテニウム層を含む類似の基材を、異なる研磨組成物（研磨組成物５Ａ〜５Ｇ）を用いて卓上研磨機で磨いた。研磨組成物５Ａ（対照）および５Ｂ〜５Ｇ（発明の）のそれぞれは、８ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ/４０％フュームドアルミナ）,１ｗｔ％過酸化水素、および１ｗｔ％の、シクロブタンジカルボン酸、２−ピリジンカルボキシアルデヒド、２−ピリジンメタノール、２,３−ピリジンジカルボン酸、２,６−ピリジンジカルボン酸、２−ピリジル酢酸塩酸塩、または２−ピリジンエタンスルホン酸のいずれかをそれぞれ含んだ。白金またはルテニウムの除去速度を、２つの異なるｐＨ値（４.９〜５.５および９〜９.８の範囲内）で化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。化学的機械的研磨システムの白金およびルテニウムの除去速度を、表８にまとめた。

表８：種々の研磨添加物の白金およびルテニウムの除去速度

これらの結果は、研磨添加物として複素環窒素含有化合物を含む化学的機械的研磨組成物を使用して高い貴金属除去速度を得ることができることを示す。

例６
この例は、白金またはルテニウム除去の速度への、研磨添加物を全く含まない研磨組成物を有する複素環窒素含有化合物を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金またはルテニウム、シリカ、およびチタン層を含む類似の基材を、卓上研磨機で異なる研磨組成物（研磨組成物６Ａ〜６Ｆ）を用いて磨いた。磨組成物のそれぞれは、４ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）および１ｗｔ％過酸化水素を含んだ。研磨組成物６Ａおよび６Ｆ（対照）は、研磨添加物および酸化剤を全く含まなかった。研磨組成物６Ｂおよび６Ｇ（対照）は、全く研磨添加物を含まず、そして１ｗｔ％過酸化水素を含んだ。研磨組成物６Ｃ、６Ｄ、および６Ｅ（発明）のそれぞれは、１ｗｔ％の、２−ピリジル酢酸塩酸塩（酸化剤ありおよびなし）またはピコリン酸のいずれかをそれぞれ含んだ。研磨組成物６Ｈ,６Ｉ、および６Ｊ（発明）のそれぞれは、６ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）および１ｗｔ％の、４−ピリジンエタンスルホン酸（酸化剤ありおよびなし）または２−ピリジル酢酸塩酸塩のいずれかをそれぞれ含んだ。ルテニウムの除去速度を、ｐＨ９.５で化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。白金の除去速度を、ｐＨ２で化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。化学的機械的研磨システムのルテニウムおよび白金の除去速度を表９および１０中にまとめる。

表９：種々の研磨添加物のルテニウム除去速度

表１０：種々の研磨添加物の白金除去速度

これらの結果は、研磨添加物として複素環窒素含有化合物を含む化学的機械的研磨組成物を使用する高い貴金属除去速度を得ることができることを示す。

例７
この例は、白金およびルテニウム除去の速度への、研磨添加物を全く含まない研磨組成物を有する金属化合物および塩を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金またはルテニウム層を含む類似の基材を、卓上研磨機で、異なる研磨組成物（研磨組成物７Ａ〜７Ｆ）を用いて磨いた。磨組成物のそれぞれは、５ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）および１ｗｔ％過酸化水素を含んだ。研磨組成物７Ａ（対照）は、鉄塩または研磨添加物を全く含まなかった。研磨組成物７Ｂ,７Ｃ,７Ｄ,７Ｅ、および７Ｆ（発明）のそれぞれは、０.０１ｗｔ％の硝酸鉄（ＩＩＩ）,０.０１ｗｔ％硫酸鉄（ＩＩ）、１００ｐｐｍの過塩素酸マンガン（ＩＩ）,１００ｐｐｍの硝酸銅（ＩＩ）、および１００ｐｐｍの酸化セリウム（ＩＶ）をそれぞれ含んだ。白金またはルテニウムの除去速度を、ｐＨ２,５、および／または９.５で、化学的機械的研磨システムのそれぞれで測定した。化学的機械的研磨システムの白金およびルテニウムの除去速度を表１１にまとめた。

表１１：種々の鉄化合物の白金およびルテニウム除去速度

これらの結果は、ペルオキシタイプ酸化剤と結合した金属化合物または塩を含む化学的機械的研磨組成物を使用する高い貴金属除去速度を得ることができることを示す。

例８
この例は、白金またはルテニウム除去速度で両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金、ルテニウム、または酸化物層を含む類似の基材を、卓上研磨機で異なる研磨組成物（研磨組成物８Ａ〜８Ｃ）を用いて磨いた。研磨組成物８Ａ〜８Ｃ（発明）のそれぞれは、８ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）,１ｗｔ％過酸化水素、および１ｗｔ％の、３−ピリジンスルホン酸、ｌ−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、またはスルファニル酸のいずれかをそれぞれ含んだ。化学的機械的研磨システムのそれぞれの白金、ルテニウム、および酸化物の除去速度を決定し、そして結果を表１２中に要約する。

表１２：種々の研磨添加物での白金およびルテニウム除去速度

これらの結果は、研磨添加物として両性イオン性化合物であることができる窒素含有化合物を含む化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属除去速度を得ることができたことを示す。

例９
この例は、白金またはルテニウム除去の速度へのフュームドアルミナに対し異なる比のα−アルミナを含む研磨組成物の効果を比較する。

白金、チタン、または酸化物層を含む類似の基材を、卓上研磨機で異なる研磨組成物（研磨組成物９Ａ〜９Ｆ）を用いて磨いた。研磨組成物９Ａおよび９Ｆ（対照）および９Ｂ〜９Ｅ（発明）のそれぞれは、２０％,４０％,５０％,６０％,８０％、および１００％α−アルミナならびに８０％,６０％,５０％,４０％,２０％および０％フュームドアルミナを有する８ｗｔ％アルミナをそれぞれ含んだ。化学的機械的研磨システムのそれぞれの白金、チタン、および二酸化ケイ素の除去速度を決定し、そして結果を表１３中にまとめた。

表１３：種々の研磨剤混合物での白金、チタン、および酸化物除去速度

これらの結果は、４０％〜９０％α−アルミナおよび６０％〜１０％フュームドアルミナを含み、アルミナのフュームドアルミナに対する重量比０.６：１〜４：１を反映する、化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属除去速度を得ることができたことを示す。

例１０
この例は、白金除去の速度へのスルホン酸化合物を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金を含む類似の基材を、ＩＰＥＣ４７２研磨機で異なる研磨組成物（研磨組成物１０Ａ〜Ｉ０Ｌ）を用いて磨いた。磨組成物のそれぞれは、３ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）を含み、そしてｐＨ３を有した。研磨組成物１０Ａ（対照）は、全く研磨添加物を含まなかった。研磨組成物１０Ｂ〜１０Ｉ（発明）は、４.４ｍＭヒドロキノンスルホン酸、ｌ−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシド、ベンゼンスルホン酸、４−ピリジンエタンスルホン酸、スルファニル酸、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−２−アミノエタンスルホン酸、イセチオン酸、およびカリウムトリフルオロメタンスルホン酸をそれぞれ含んだ。研磨組成物１０Ｊ〜１０Ｌ（対照）は、硫酸カリウム、２,５−ジヒドロキシ安息香酸、およびヒドロキノンをそれぞれ含んだ。

白金の除去速度（ＲＲ）およびウェハー内非均一性（ＷＩＷＮＵ）を、化学的機械的研磨システムのそれぞれに対して決定し、そして結果を表１４にまとめた。

表１４：スルホン酸化合物での白金除去速度

これらの結果は、スルホン酸化合物を含む化学的機械的研磨組成物を使用する高い貴金属除去速度が得られることを示す。

例１１
この例は、白金除去の速度への異なる研磨剤を有するスルホン酸化合物を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金を含む類似の基材ＩＰＥＣ４７２研磨機で異なる研磨組成物（研磨組成物１１Ａ〜１１Ｇ）を用いて磨いた。研磨組成物１１Ａおよび１１Ｂのそれぞれは、１ｗｔ％ヒドロキノンスルホン酸（ＨＱＳＡ）を含み、そしてｐＨ３を有した。研磨組成物１１Ａは、８ｗｔ％フュームドアルミナを含んだ。研磨組成物１１Ｂは、８ｗｔ％フュームドシリカを含んだ。研磨組成物１１Ｃ〜１１Ｇのそれぞれは、３ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）を含み、そしてｐＨ３を有した。研磨組成物１１Ｃおよび１１Ｄは、１００ｎｍの平均粒径を有するα−アルミナを含み、そして０および１ｗｔ％のヒドロキノンスルホン酸（ＨＱＳＡ）をそれぞれ含んだ。研磨組成物１１Ｅ〜１１Ｇは、２５０ｎｍの平均粒径を有するα−アルミナを含み、そして０,０.５、および１ｗｔ％ヒドロキノンスルホン酸（ＨＱＳＡ）をそれぞれ含んだ。

白金の除去速度（ＲＲ）および面内ウェハー非均一性（ＷＩＷＮＵ）を化学的機械的研磨システムのそれぞれで決定し、そして結果を表１５中にまとめた。

表１５：白金除去速度

これらの結果は、スルホン酸化合物と組み合わせたα−アルミナを含む化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属除去速度を得ることができたことを示す。

例１２
この例は、白金除去の速度へのホスホン酸化合物を含む研磨組成物を有するスルホン酸化合物を含む研磨組成物の効果を比較する。

白金を含む類似の基材を、ＩＰＥＣ４７２研磨機で異なる研磨組成物（研磨組成物１２Ａ〜１２Ｅ）を用いて磨いた。研磨組成物１２Ａ〜１２Ｅのそれぞれは、３ｗｔ％アルミナ（６０％α−アルミナ、４０％フュームドアルミナ）を含み、そしてｐＨ３を有した。研磨組成物１２Ａ（対照）はなんら研磨添加物を含まなかった。研磨組成物１２Ｂおよび１２Ｃ（発明）は、１ｗｔ％５−ホルミル−２−フランスルホン酸およびｌ−（３−スルホプロピル）ピリジニウムヒドロキシドをそれぞれ含んだ。研磨組成物１２Ｄおよび１２Ｅは、フェニルホスホン酸および２−カルボキシエチルホスホン酸をそれぞれ含んだ。

白金の除去速度（ＲＲ）および面内ウェハー非均一性（ＷＩＷＮＵ）を、化学的機械的研磨システムのそれぞれで決定し、そして結果を表１６にまとめた。

表１６：白金除去速度

これらの結果は、スルホン酸化合物を含む化学的機械的研磨組成物を使用して、高い貴金属除去速度を得ることができたことを示す。

例１３
この例は、タンタルＣＭＰ研磨組成物およびタンタルブランケットウェハーの研磨において種々の有機酸化剤を含む本発明の方法の有効性を具体的に示す。タンタルＣＭＰ組成物は、ｐＨ１０で０.５ｗｔ％のフュームドシリカ研磨剤、０.５ｗｔ％のセシウムカーボネートおよび液体キャリアとして脱イオン水中で５ミリモル濃度の有機酸化剤を含んだ。タンタルブランケットウェハー（タンタルの２５０ｎｍ堆積厚さを有し直径４インチ）を、１１０回転／分で回転するポリウレタンＩＣ磨きパッドを使用するＬｏｇｉｔｅｃｈ型ＣＤＰ研磨機で、１０２回転／分で回転するプラテン上に取り付けられたウェハーに、１.５ポンド／平方インチの下げ力を適用して磨いた。それぞれのタンタルＣＭＰ組成物を、１５０ｍＬ／分の供給速度でウェハーの表面に供給した。調べた有機酸化剤は、９,１０−アントラキノン−２,６−ジスルホン酸２ナトリウム塩（ＡＱＤＳＡ）、９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸２ナトリウム塩（１,８−ＡＱＤＳＡ）、９,１０−アントラキノン−２−スルホン酸ナトリウム塩（ＡＱＳＡ−Ｎａ）、１、２−ナフトキノン−４−スルホン酸カリウム塩（ＮＱＳＡ−Ｋ）、アリザリン、アリザリンレッドＳ、アシドブルー４５、インジゴ−５,５'−ジスルホン酸２ナトリウム塩（Ｉｎｄｉｇｏ−ＤＳＡ）、および２,５−ジヒドロキシ−ｌ,４−ベンゾキノン（２,５−ＤＨＢＱ）を含んだ。研磨のタンタル除去速度は、表１７に提供される種々のＣＭＰ組成物を使用して行われる。

表１７.本発明のＣＭＰ組成物および方法でのタンタル除去速度

表１７中で結果は、有機酸化剤の代わりに５ミリモルヨウ素酸カリウムを有する対照ＣＭＰ組成物と比べて、本発明のタンタルＣＭＰ組成物ための優れたタンタル除去速度を示す。

例１４
この例は、タンタルブランケットウェハーにおける補助酸化剤としてヨウ素酸カリウム（５ミリモル）と組み合わせた種々の有機酸化剤を含む本発明のタンタルＣＭＰ研磨組成物および方法の有効性を、具体的に示す。

例１３に示すように、有機酸化剤を含有するタンタルＣＭＰ組成物を、タンタルブランケットウェハーを磨くために利用した。塩基スラリー組成物および研磨条件は、実質的には、例１３で報告したようである。この例のスラリーでは、有機酸化剤は、５ミリモルヨウ素酸カリウムと組み合わせて、０.５ミリモルの濃度でスラリー中に存在した。評価された有機酸化剤は、９,１０−アントラキノン−２、６−ジスルホン酸２ナトリウム塩（ＡＱＤＳＡ）,９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸ジカリウム塩（１,８−ＡＱＤＳＡ−Ｋ）、９,１０−アントラキノン−２−スルホン酸ナトリウム塩（ＡＱＳＡ−Ｎａ）、アリザリン、アシドブルー４５、ニコチンアミド、インジゴ−５、５'−ジスルホン酸２ナトリウム塩（Ｉｎｄｉｇｏ−ＤＳＡ）,２,５−ジヒドロキシ−１,４−ベンゾキノン（２,５−ＤＨＢＱ）、および２,６−ジクロロインドフェノールナトリウム塩（２,６−ＤＣＩ−Ｎａ）を含んだ唯一の酸化剤としてのヨウ素酸カリウムを有するスラリーと比較して、本発明の種々のＣＭＰ組成物を使用して行う研磨のタンタル除去速度におけるパーセント変化を表１８に提供する。

表１８.本発明のＣＭＰ組成物および方法でのタンタル除去速度

表１８中の結果は、大部分の場合において、０.５ミリモルヨウ素酸カリウムと組み合わせた、わずか５ミリモル有機酸化剤の存在が、５ミリモルの単独のヨウ素酸カリウムと比較して、タンタル除去速度での大幅な改善を提供することを示す。これらのテストにおいて０.５ミリモルレベルでは効果的でない２,５−ＤＨＢＱは、ヨウ素酸塩と組み合わせたさらに高い濃度では効果的であり、そして例１３に示すように５ミリモル濃度で唯一の酸化剤として使用される場合は、非常に効果的である。

例１５
この例は、無機酸化剤と比較して、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化するための、本発明のタンタルＣＭＰ研磨組成物および方法の有効性を具体的に示す。

本発明のタンタルＣＭＰ組成物は、例１３および１４におけるように、同じタイプの磨きパッドを使用し、そして実質的に同じ磨きパッドおよびプラテン回転速度および下げ圧力の下で、タンタルブランケットウェハーおよび銅ウェハーを磨くために利用された。この例ためのＣＭＰ組成物を、ｐＨ２.２で、液体キャリアとして脱イオン水中での研磨剤として０.５ｗｔ％のフュームドシリカを用いて調製した。すべての酸化剤（有機および無機）を、２ミリモルの濃度で利用した。評価された有機酸化剤は、９,１０−アントラキノン−１、５−ジスルホン酸２ナトリウム塩（１,５−ＡＱＤＳＡ）および９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸ジカリウム塩（１,８−ＡＱＤＳＡ−Ｋ）を含んだ。対照テストを、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、硝酸第二鉄（Ｆｅ（ＮＯ_３）_３）、ヨウ素酸カリウム（ＫＩＯ_３）、過硫酸カリウム（Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８）、および全く酸化剤なしを使用して行った。タンタル除去速度、銅除去速度、およびタンタル除去速度の銅除去速度（Ｔａ/Ｃｕ選択性）に対する比を表１９中に示す。

表１９.本発明のＣＭＰ組成物および方法を使用したタンタル/銅除去選択性

表１９の結果は、タンタルと比較して銅を優先的に除去した従来の無機酸化剤と対照的に、有機酸化剤を含む本発明のＣＭＰ組成物が、銅と比較して、タンタルを優先的に除去することを示す。

例１６
この例は、さらにタンタル含有表面を磨くために、有機酸化剤を含むＣＭＰ組成物を利用する本発明のタンタルＣＭＰ研磨組成物および方法の有効性を具体的に示す。

２５０ｎｍタンタル堆積厚を有する直径４インチのタンタルブランケットウェハーを、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ型ＣＤＰ研磨機で、１１０回転／分で回転するポリウレタンＩＣ磨きパッドを用いて、１０２回転／分で回転するプラテン上に取り付けられたウェハーを、１.５ポンド／平方インチの下げ力を適用して磨いた。それぞれのタンタルＣＭＰ組成物を、１５０ｍＬ／分の供給速度でウェハーの表面に供給した。それぞれのスラリーを、液体キャリアとしての脱イオン水中２ミリモルの有機酸化剤の濃度を有しｐＨ２.２の、１ｗｔ％コロイドシリカを用いて調製した。ＳＨＥに対して０.１〜０.６７のＥ^０値を有する有機酸化剤を評価した。有機酸化剤、Ｅ^０値およびタンタル除去速度を、表２０中に記載する。

表２０.本発明のＣＭＰ組成物および方法でのタンタル除去速度

表２０中のデータは、ＳＨＥに対して０.１Ｖ〜０.６７ＶのＥ^０値を有する有機酸化剤およびコロイドシリカ研磨剤を含有するＣＭＰ組成物が、３８９〜５１４Å／分の非常に効果的なタンタル除去速度を提供したことを示す。

図１は、本発明のタンタルＣＭＰ組成物中で有用な多くの種類の有機酸化剤の化学的構造を示す。 図２は、いくつかの好ましいアントラキノン有機酸化剤の化学的構造を示す。 図３は、好ましいインジゴ化合物有機酸化剤の化学的構造を示す。 図４は、好ましいナフトキノン有機酸化剤の化学的構造を示す。 図５は、好ましいベンゾキノン有機酸化剤の化学的構造を示す。 図６は、好ましいインドフェノール有機酸化剤の化学的構造を示す。

Claims (42)

1. タンタルＣＭＰ法での使用に好適な化学的機械的研磨（ＣＭＰ）組成物、該組成物は：
   （ａ）研磨剤；
   （ｂ）標準水素電極に対して０.５Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）を有する有機酸化剤、該有機酸化剤は少なくとも１つのπ共役環を含み、該環は環に直接付いた少なくとも１つのヘテロ原子を含み、該少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される；ならびに
   （ｃ）それらのための液体キャリア
   を含んでなる。
2. 該有機酸化剤が、不飽和炭化水素環、不飽和複素環、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１の組成物。
3. 該複素環が、Ｎ,Ｏ,Ｓ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される２つまたは３つ以上ヘテロ原子を含む、請求項２の組成物。
4. 該少なくとも１つのヘテロ原子が、Ｎ,Ｏ,Ｓ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも３つのヘテロ原子を含む、請求項１の組成物。
5. 該有機酸化剤が、アノード反応およびカソード反応の両者を観察できるサイクリックボルタモグラムを特徴とする、可逆的酸化還元反応を受けることができる、請求項１の組成物。
6. 該有機酸化剤化合物が、少なくとも１つのキノン部分を有する化合物、パラフェニレンジアミン化合物、フェナジン化合物、チオニン化合物、フェノキサジン化合物、フェノキサチイン化合物、インジゴ化合物、インドフェノール化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１の組成物。
7. 該有機酸化剤が、少なくとも１つの酸性置換基またはそれらの塩を含む、請求項１の組成物。
8. 該少なくとも１つの酸性置換基が、カルボン酸置換基、スルホン酸置換基、ホスホン酸置換基、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項７の組成物。
9. 該有機酸化剤が、０.１〜１０ミリモルの範囲の媒介化合物の濃度で該液体キャリア中に存在する、請求項１の組成物。
10. 該有機酸化剤が、少なくとも１つのキノン部分を含む、請求項１の組成物。
11. 該有機酸化剤化合物が、アントラキノン化合物を含む、請求項１０の組成物。
12. 該アントラキノン化合物が、９,１０−アントラキノン−２,６−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２,７−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２−スルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,５−ジスルホン酸、アリザリン、アリザリンレッドＳ、アシドブルー４５、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１の組成物。
13. 該有機酸化剤が、ベンゾキノン化合物を含む、請求項１０の組成物。
14. 該ベンゾキノン化合物が、２,５−ジヒドロキシ−１,４−ベンゾフェノンまたはそれらの塩である、請求項１３の組成物。
15. 該有機酸化剤が、ナフトキノン化合物である、請求項１０の組成物。
16. 該有機酸化剤の該酸化された形態が、カチオン化合物である、請求項１の組成物。
17. 補助酸化剤をさらに含む請求項１の組成物。
18. 該補助酸化剤が、過ヨウ素酸化合物、パーサルフェート化合物、および過酸化水素からなる群から選択される少なくとも１種の酸化剤を含む請求項１７の組成物。
19. 該研磨剤が、重量基準で０.０１〜５％の範囲にある全固体含有量で、該液体キャリア中に懸濁されている、請求項１の組成物。
20. 該研磨剤が、シリカ研磨剤、アルミナ研磨剤、ジルコニア研磨剤、セリア研磨剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１の組成物。
21. 該研磨剤が、コロイドシリカを含む、請求項１の組成物。
22. 該有機酸化剤が、該組成物中に存在する唯一の酸化剤である、請求項１の組成物。
23. 該有機酸化剤が、銅の存在下で、タンタルを選択的に酸化することができる、請求項１の組成物。
24. 基材のタンタル含有表面を、ＣＭＰ組成物で摩耗させることを含む化学的機械的研磨（ＣＭＰ）のための方法、該ＣＭＰ組成物は：
    （ａ）標準水素電極に対して０.５Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）を有する有機酸化剤、該有機酸化剤は少なくとも１つのπ共役環を含み、該環は環に直接付いた少なくとも１つのヘテロ原子を含み、該少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される；ならびに
    （ｂ）それらのための液体キャリア
    を含んでなる。
25. 該表面が、少なくとも部分的に、タンタル、タンタル窒化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２４の方法。
26. 該表面が、銅をさらに含む、請求項２４の方法。
27. 該有機酸化剤が、少なくとも１つのキノン部分を含む、請求項２４の方法。
28. 該有機酸化剤が、アントラキノン化合物、ナフトキノン化合物、ベンゾキノン化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物である、請求項２７の方法。
29. 該アントラキノン化合物が、９,１０−アントラキノン−２,６−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２,７−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２−スルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,５−ジスルホン酸、アリザリン、アリザリンレッドＳ、アシドブルー４５、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２８の方法。
30. 該ベンゾキノン化合物が、２,５−ジヒドロキシ−１,４−ベンゾキノンまたはそれらの塩である、請求項２８の方法。
31. 該有機酸化剤が、該ＣＭＰ組成物中に存在する唯一の酸化剤である請求項２４の方法。
32. 該ＣＭＰ組成物が、研磨材をさらに含む、請求項２４の方法。
33. 基材のタンタル含有表面を、ＣＭＰ組成物で摩耗させることを含む化学的機械的研磨（ＣＭＰ）ための方法、該ＣＭＰ組成物が、
    （ａ）標準水素電極に対して０.７Ｖ以下の標準酸化還元電位（Ｅ^０）を有する有機酸化剤、該有機酸化剤は、少なくとも１つのπ共役環を含み、該環は、環に直接付いた少なくとも１つのヘテロ原子を含み、該少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｎ,Ｏ,Ｓおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される；ならびに
    （ｂ）それらのための液体キャリア
    を含んでなる。
34. 該基材の該表面が、少なくとも部分的に、タンタル、タンタル窒化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項３３の方法。
35. 該表面が、銅をさらに含む、請求項３３の方法。
36. 該有機酸化剤が、少なくとも１つのキノン部分を含む、請求項３３の方法。
37. 該有機酸化剤が、アントラキノン化合物、ナフトキノン化合物、ベンゾキノン化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物である、請求項３３の方法。
38. 該アントラキノン化合物が、９,１０−アントラキノン−２,６−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２,７−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−２−スルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,８−ジスルホン酸、９,１０−アントラキノン−１,５−ジスルホン酸、アリザリン、アリザリンレッドＳ、アシドブルー４５、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３７の方法。
39. 該ナフトキノン化合物が、１,２−ナフトキノン−４−スルホン酸、およびそれらの塩である、請求項３７の方法。
40. 該ベンゾキノン化合物が、２,５−ジヒドロキシ−１,４−ベンゾキノンまたはそれらの塩である、請求項３７の方法。
41. 該有機酸化剤が、該方法の組成物中に存在する唯一の酸化剤である、請求項３３の方法。
42. 該ＣＭＰ組成物が、研磨材をさらに含む、請求項３３の方法。

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