JP2010503232A - 水に可溶性酸化剤を使用する炭化ケイ素の研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の方法は、少なくとも１層の炭化ケイ素を含む基材を、液体キャリアー、研削剤、および酸化剤を含む研磨組成物で、化学的機械的に研磨することを含む。

Description

本発明は、炭化ケイ素基材研磨方法に関するものである。
電力消費の大幅な低下を達成するために、さらに効率的な動作能力を有する半導体が、非常に望ましい。典型的には、ケイ素基材が、そうしたデバイスの製造で使用されるが、しかし、さらなる開発は、ケイ素の固有の特徴により制限される。次世代半導体デバイスの開発では、より高い硬度および他の独自特性を有する材料の使用に重点が置かれた。例えば、酸化ケイ素と比較した場合に、炭化ケイ素は、より高い熱伝導度、より高い放射線への許容度、より高い絶縁耐力を有し、そして種々の用途に好適となるより高い温度に耐えることができる。しかし、炭化ケイ素の使用は、半導体の製造技術によって制限されてきた。
炭化ケイ素半導体を製造するために、炭化ケイ素基材の表面は、滑らかな表面を提供し、そして表面で正確な寸法を得るために、磨かれていなければならない。炭化ケイ素をそうした有用な基材とする特性は、研磨プロセスにおける独自の挑戦を提供する。炭化ケイ素の硬度により、ダイアモンド粗粒子が、典型的には、炭化ケイ素基材を機械的に研磨するために使用される。
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技術は、現行世代のケイ素デバイスを研磨するために、半導体産業で広く使用されている。ＣＭＰは、研磨組成物を染みこませた研磨パッドを表面に接触させることによって、表面に適用される研削剤および水性材料を含有する（研磨スラリーとしてまた公知の）研磨組成物の使用を含む。研磨組成物はまた、基材のより攻撃的でない機械的摩耗を可能にする酸化剤を含み、従って摩耗工程によって生じる機材への機械的損傷を低減する。炭化ケイ素基材を研磨するためのそうした技術の使用は、研磨時間および機材への損傷を減少することによって、半導体の製造コストを大幅に低下させることができるであろう。
炭化ケイ素の研磨へのＣＭＰ技術の適用は、比較的成功していなかった。研磨組成物を含有するコロイドシリカは、低い炭化ケイ素除去速度であり、従って、ほぼ５０℃の温度で数時間続く非常に長い研磨サイクルを必要とし、炭化ケイ素基材への損傷となりがちである;Ｚｈｏｕら、Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｋａｌ Ｓｏｃ、１４４、ｐ.Ｌ１６１−Ｌ１６３（１９９７）；Ｎｅｓｌｅｎら、Ｊ. Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３０、ｐ．１２７１〜１２７５（２００１）。長い研磨サイクルは、工程に相当なコストを加算し、そして半導体産業での炭化ケイ素の広い範囲での使用を妨げる障害である。従って、炭化ケイ素を含む基材の代わりとなる研磨系および研磨方法へのニーズがあった。
本発明は、基材を化学的機械的に研磨する方法を提供し、この方法は、（ｉ）少なくとも１層の単結晶炭化ケイ素を含む基材と、（ａ）液体キャリアー、（ｂ）液体キャリアー中に懸濁された研削剤（研削剤は、４０ｎｍ〜１３０ｎｍの平均粒径を有する実質的に球状のシリカ粒子である）、および（ｃ）過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択された酸化剤を含む化学的機械的研磨組成物と、を接触させること、（ｉｉ）基材に対して、研磨組成物を動かすこと、そして（ｉｉｉ）基材の炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、基材を研磨すること、を含む。
本発明は、基材を化学的機械的に研磨する方法をさらに提供し、この方法は、（ｉ）少なくとも１層の単結晶炭化ケイ素を含む基材と、（ａ）液体キャリアー、（ｂ）液体キャリアー中に懸濁された研削剤（研削剤は、アルミナであり、そして液体キャリアーおよび液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、３ｗｔ％以下の量で存在する）、および（ｃ）酸化剤（酸化剤は、液体キャリアーおよび液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の量で存在し、そして、過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される）を含む化学的機械的研磨組成物と、を接触させること、そして（ｉｉ）基材に対して、研磨組成物を動かすこと、そして（ｉｉｉ）基材の炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、基材を研磨すること、を含む。
本発明はまた、基材を化学的機械的に研磨する方法を提供し、この方法は、（ｉ）少なくとも１層の炭化ケイ素を含む基材を、（ａ）液体キャリアー、（ｂ）液体キャリアー中に懸濁された研削剤、および（ｃ）酸化剤（酸化剤は、液体キャリアーおよび液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の量で存在し、そして、オキソン、過硫酸カリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される）を含む化学的機械的研磨組成物と、を接触させること、（ｉｉ）基材に対して、研磨組成物を動かすこと、そして（ｉｉｉ）基材の炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、基材を研磨すること、を含む。
本発明は、炭化ケイ素を含む基材を化学的機械的に研磨する方法を提供する。この方法は、（ｉ）少なくとも１層の単結晶炭化ケイ素を含む基材を接触させること、（ｉｉ）基材に対して、研磨組成物を動かすこと、ならびに（ｉｉｉ）基材の炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、基材を研磨すること、を含む。この研磨組成物は、（ａ）液体キャリアー、（ｂ）液体キャリアー中に懸濁された研削剤、および（ｃ）酸化剤を含むか、これらから本質的になるか、またはこれらから成る。
第１の態様では、研削剤は、４０ｎｍ〜１３０ｎｍの実質的に平均粒径を有する球状のシリカ粒子であり、そして酸化剤は、過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。第２の態様では、研削剤は、アルミナであり、そして液体キャリアーおよび液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、３ｗｔ％以下の量で存在し、そして酸化剤は、液体キャリアーおよび液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の量で存在し、そして、過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。第３の態様では、酸化剤は、液体キャリアーおよび液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の量で存在し、そしてオキソン、過硫酸カリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明の方法を使用して研磨される基材は、少なくとも１層の炭化ケイ素を含む任意の好適な基材であることができる。好適な基材は、平面パネルディスプレイ、集積回路、メモリーまたは剛体円盤、金属、層間絶縁（ＩＬＤ）デバイス、半導体、微小電気機械システム、強誘電体、および磁気ヘッドを含むがこれらに限られない。この炭化ケイ素は、その多くが当該技術分野で知られている任意の好適な炭化ケイ素を含むか、これらから本質的になるか、またはこれらからなることができる。炭化ケイ素は、単結晶または多結晶であることができる。炭化ケイ素は、それぞれがそれ自身はっきりとした一式の電子物性を有する多くの異なるタイプの結晶構造を有する。しかし、これらのポリタイプの少数のみが、半導体としての使用で受け入れられる形態で再生できる。
そうしたポリタイプは、立方晶（例えば、３Ｃ炭化ケイ素）または非立方晶（例えば、４Ｈ炭化ケイ素、６Ｈ炭化ケイ素）のいずれかであることができる。これらのポリタイプの物性は、周知技術である。
研磨パッドは、その多くが当該技術分野で知られている任意の好適な研磨パッドであることができる。好適な研磨パッドは、例えば、織布および不織研磨パッドを含む。さらに、好適な研磨パッドは、密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮から回復する能力、および圧縮係数を変化させた任意の好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーは、例えば、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、それらの共生成された生成物、およびそれらの混合物を含む。
研磨パッドは、研磨パッドの研磨の表面上または表面内に固定された研削剤粒子を含むことができ、または研磨パッドは、固定された研削剤粒子が実質的にないことができる。研削剤が固定された研磨パッドは、接着、バインダー、セラマー（ｃｅｒａｍｅｒ）、樹脂、もしくはその同類のものによって、研磨パッドの研磨表面に付着された研磨剤粒子を有するパッド、または例えば、研削剤を含有するポリウレタン分散体で含浸された繊維バット等の研磨パッドの一体された部分を形成するように、研磨パッド内に含浸された研削剤を含む。
研磨パッドは、任意の好適な外形を有することができる。例えば、研磨パッドは、円形であることができ、そして、使用時には、典型的には、パッドの表面によって規定される平面に垂直な軸周りで、回転的な動きを有するであろう。研磨パッドは、その表面が研磨表面として働く円筒型であることができ、そして、使用時には、典型的には、シリンダーの中心軸周りの回転的な動きを有するであろう。研磨パッドは、エンドレスベルトの形態であることができ、使用時には、典型的には、研磨される先端に関しては、直線の動きを有するであろう。研磨パッドは、任意の好適な形を有することができ、そして、使用時には、平面または半円に沿った往復または軌道的な動きを有するであろう。多くの他の変化形は、当業者に容易に明らかとなるであろう。
研磨組成物は、望ましくは液体キャリアー（例えば、水）中に懸濁された研削剤を含む。研削剤は、典型的には微粒子形態である。特に、研削剤は、実質的に球状のシリカまたはアルミナを含むか、これらから本質的になるか、またはこれらからなる。実質的に球状のシリカはまた、当業者によってコロイドシリカと呼ばれる。好ましくは、実質的に球状のシリカは、ゾルゲル法を使用して調製された沈殿または縮重合シリカである、縮重合シリカ粒子は、典型的には、実質的に球状の粒子を生成させるために、Ｓｉ（ＯＨ）４を縮合させることによって調製される。前駆体Ｓｉ（ＯＨ）４は、例えば、高純度のアルコキシシランの加水分解、または水性シリケート溶液の酸性化によって得ることができる。そうした研削剤粒子は、米国特許第５、２３０、８３３号明細書にしたがって調製でき、またはＥＫＡ ＣｈｅｍｉｃａｌｓからのＢｉｎｄｚｉｌ、Ｆｕｓｏ ＰＬ−１、ＰＬ−２、およびＰＬ−３製品、およびＮａｌｃｏ １０３４Ａ、１０５０、２３２７、および２３２９製品、ならびにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、 Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｎｍｉｃａｌｓ、およびＣｌａｒｉａｎｔから入手可能である他の類似の製品等の種々の商業的に入手可能な製品のいずれかとして得ることができる。好ましくは、アルミナは、Ｓａｉｎｔ Ｇｏｂａｉｎ（αアルミナ）等の製造業者から入手可能である種結晶を用いたゲル法のαアルミナである。実質的に球状のシリカ粒子およびアルミナ粒子は、任意の好適な粒径を有することができる。例えば、実質的に球状のシリカ粒子およびアルミナ粒子は、１０ｎｍ以上（例えば、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、または５０ｎｍ以上）の平均粒径を有することができる。実質的に球状のシリカ粒子およびアルミナ粒子は、２００ｎｍ以下（例えば、１８０ｎｍ以下、１７０ｎｍ以下、１６０ｎｍ以下、１５０ｎｍ以下、１３０ｎｍ以下、１１０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下）の平均粒径を有することができる。従って、実質的に球状のシリカ粒子およびアルミナ粒子は、４０ｎｍ〜１３０ｎｍ（例えば、４５ｎｍ〜１２５ｎｍ、５０ｎｍ〜１２０ｎｍ、５５ｎｍ〜１１５ｎｍ、または６０ｎｍ〜１１０ｎｍ）の平均粒径を有することができる。粒子の粒径は、粒子を包含する最小の球の直径である。
任意の好適な量の研削剤は、研磨組成物中に存在できる。典型的には、０.０１ｗｔ％以上（例えば、０.０５ｗｔ％以上）の研削剤が、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（例えば、１ｗｔ％以上、５ｗｔ％以上、７ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以上、または１２ｗｔ％以上）の研削剤が、研磨組成物に存在するであろう。研磨組成物中の研削剤の量は、典型的には、５０ｗｔ％以下であり、さらに典型的には、４０ｗｔ％以下（例えば、１５ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、５ｗｔ％以下、３ｗｔ％以下、１ｗｔ％以下、０.６ｗｔ％以下、または０.３ｗｔ％以下）であろう。従って、研磨組成物中の研削剤の量は、２ｗｔ％〜５０ｗｔ％、およびさらに好ましくは、５ｗｔ％〜４０ｗｔ％（例えば、１０ｗｔ％〜３５ｗｔ％、１５ｗｔ％〜３５ｗｔ％、または２０ｗｔ％〜３５ｗｔ％）であることができる。
液体キャリアーが、研磨されるのに好適な（例えば、平坦化した）基材の表面への研削剤および任意の追加の添加剤の適用を促進するために使用される。液体キャリアーは、任意の好適な液体、例えば、低級アルコール（例えば、メタノール、エタノール等）、エーテル（例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン等）、水、およびそれらの混合物を含む溶媒であることができる。好ましくは、液体キャリアーは、水を含むか、水から本質的になるか、または水からなり、さらに好ましくは、脱イオン水を含むか、脱イオン水から本質的になるか、または脱イオン水からなる。
研磨組成物は、研磨組成物で研磨される基材１種または２種以上の材料のために好適な任意の酸化剤であることができる酸化剤を含む。好ましくは、酸化剤は、過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、および過硫酸塩は、任意の過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、または、例えば、過ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、もしくは過硫酸ナトリウム等の、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、および過硫酸塩の組み合わせであることができる。さらに好ましくは、酸化剤は、オキソンまたは過硫酸カリウムである。酸化剤は、任意の好適な量で研磨組成物中に存在できる。典型的には、研磨組成物は、０.００１ｗｔ％以上（例えば、０.００５ｗｔ％以上、０.０１ｗｔ％以上、０.０５ｗｔ％以上、または０.１ｗｔ％以上）の酸化剤を含む。研磨組成物は、好ましくは、２０ｗｔ％以下（例えば、１５ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、５ｗｔ％以下、２ｗｔ％以下、または０.５ｗｔ％以下）の酸化剤を含む。好ましくは、研磨組成物は、０.００１ｗｔ％〜２０ｗｔ％（例えば、０.００１ｗｔ％〜１５ｗｔ％、０.００５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、０.０１ｗｔ％〜５ｗｔ％、または０.０５ｗｔ％〜２ｗｔ％）の酸化剤を含む。さらに好ましくは、研磨組成物は、０.００１ｗｔ％〜０.０５ｗｔ％、０.００１ｗｔ％〜０.１ｗｔ％、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％、または０.００１ｗｔ％〜２ｗｔ％の酸化剤を含む。
研磨組成物、具体的には、そこに溶解されまたは懸濁された全ての成分を有する液体キャリアーは、任意の好適なｐＨを有することができる。研磨組成物の実際のｐＨは、研磨される基材のタイプに部分的によるであろう。研磨組成物は、１１以下（例えば、９以下、７以下、５以下、４以下、３以下、または２以下）のｐＨを有することができる。研磨組成物は、１以上（例えば、４以上、６以上、８以上、または９以上）のｐＨを有することができる。ｐＨは、例えば、１〜１１（例えば、２〜１０、３〜９、４〜８、または５〜７）であることができる。
研磨組成物のｐＨは、任意の好適な手段によって達成でき、および／または維持できる。さらに具体的に言うと、研磨組成物は、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、またはそれらの組み合わせをさらに含む。ｐＨ調整剤は、任意の好適なｐＨ調整化合物を含むか、この化合物から本質的になるか、またはこの化合物からなることができる。例えば、ｐＨ調整剤は、無機酸もしくは有機酸、またはそれらの組み合わせ等の、任意の好適な酸であることができる。例えば、酸は、硝酸であることができる。ｐＨ緩衝剤は、任意の好適な緩衝剤、例えば、ホスフェート、アセテート、ボレート、スルホネート、カルボキシレート、アンモニウム塩、およびその同類のものであることができる。研磨組成物は、そうした量が、研磨組成物の所望のｐＨ、例えば、本明細書中で説明した範囲を達成および／または維持するのに充分であるという条件で、任意の好適な量のｐＨ調整剤および／またはｐＨ緩衝剤を含むことができる。
研磨組成物は、任意選択的にキレート剤または錯化剤を含む。錯化剤は、除去される基材層の除去速度を高めるか、またはケイ素研磨における微量の金属汚染物質を除去する任意の好適な化学的添加剤である。好適なキレート剤または錯化剤は、例えば、カルボニル化合物（例えば、アセチルアセトネートおよびその同類のもの）、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、およびその同類のもの）、１種または２種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、没食子酸およびそれらの塩、ならびにその同類のもの）、ジ、トリ、およびポリカルボキシレート（例えば、オキサレート、シュウ酸、フタレート、シトレート、スクシネート、タータレート、マレート、エデテート（例えば、エチレンジアミン四酢酸二カリウム塩）、それらの混合物、およびその同類のもの）、１種または２種以上のスルホン基および／またはホスホン基を含有するカルボキシレート、ならびにその同類のものを含むことができる。好適なキレート剤または錯化剤はまた、例えば、ジ、トリ、またはポリアルコール（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、およびその同類のもの）、（Ｓｏｌｕｔｉａ Ｃｏｒｐ.から入手可能である）Ｄｅｑｕｅｓｔ２０１０、Ｄｅｑｕｅｓｔ２０６０、またはＤｅｑｕｅｓｔ２０００等のポリホスホネート、およびアミン含有化合物（例えば、アンモニア、アミノ酸、アミノアルコール類、ジ、トリ、およびポリアミン、およびその同類のもの）を含むことができる。
当然のことながら、前記の化合物の多くは、塩（例えば、金属塩、アンモニウム塩、またはその同類のもの）、酸、または部分的な塩の形態として存在できる。例えば、シトレートは、クエン酸、ならびにそれらのモノ、ジ、およびトリの塩を含み；フタレートは、フタル酸、ならびにそれらのモノ塩（例えば、カリウム水素フタレート）およびジ塩を含み；パークロレートは、対応する酸（すなわち、過塩素酸）、ならびにそれらの塩を含む。さらに、ある化合物または試薬は、１超の機能を行うことができる。例えば、いくつかの化合物は、キレート剤および（例えば、硝酸鉄（ＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩＩ）、およびその同類のもの等の）酸化剤の両者として機能できる。
研磨組成物は、任意選択的に１種または２種以上の他の添加剤をさらに含む。そうした添加剤は、１種または２種以上のアクリルサブユニット（例えば、ビニルアクリレートおよびスチレンアクリレート）を含むアクリレート、ならびにそれらのポリマー、コポリマー、およびオリゴマー、ならびにそれらの塩を含む。
研磨組成物は、界面活性剤および／または粘度上昇剤および凝血剤（例えば、ウレタンポリマー等の、例えば、ポリマーのレオロジー制御剤）を含むレオロジー制御剤を含むことができる。好適な界面活性剤は、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、それらの混合物、およびその同類のものを含むことができる。好ましくは、研磨組成物は、非イオン性界面活性剤を含む。好適な非イオン性界面活性剤の例は、エチレンジアミンポリオキシエチレン界面活性剤である。研磨組成物中の界面活性剤の量は、典型的には０.０００１ｗｔ％〜１ｗｔ％（好ましくは、０.００１ｗｔ％〜０.１ｗｔ％、およびさらに好ましくは、０.００５ｗｔ％〜０.０５ｗｔ％）である。
研磨組成物は、消泡剤を含むことができる。消泡剤は、任意の好適な消泡剤であることができる。好適な消泡剤は、ケイ素系およびアセチレンジオール系消泡剤を含むがこれらに限られない。研磨組成物中の消泡剤の量は、典型的には、１０ｐｐｍ〜１４０ｐｐｍである。
研磨組成物は、殺生剤を含むことができる。殺生剤は、任意の好適な殺生剤、例えば、イソチアゾリノン殺生剤であることができる。研磨組成物中の殺生剤の量は、典型的には、１〜５０ｐｐｍ、好ましくは、１０〜２０ｐｐｍである。
研磨組成物は、好ましくは、コロイド的に安定である。コロイドの用語は、液体キャリアー中における粒子の懸濁液をいう。コロイドの安定性は、時間を通したその懸濁液の持続をいう。研磨組成物が１００ｍｌの目盛り付きシリンダー内に置かれ、そして２時間の間攪拌されないで静置された場合に、研磨組成物（ｇ/ｍｌを単位とする［Ｃ］）中での初期濃度の粒子によって割った、目盛り付きシリンダーの底５０ｍｌ中の粒子の濃度（ｇ/ｍｌを単位とする［Ｂ］）と、上部５０ｍｌの目盛り付きシリンダー（ｇ/ｍｌを単位とする［Ｔ］）中の粒子の濃度の差が、０.５以下（すなわち、（［Ｂ］−［Ｔ］｝/［Ｃ］≦０.５）である場合、研磨組成物は、コロイド的に安定と考えられる。好ましくは、（［Ｂ］−［Ｔ］）/［Ｃ］の値は、０.３以下であり、さらに好ましくは、０.１以下であり、またさらに好ましくは、０.０５以下であり、そして最も好ましくは、０.０１以下である。
研磨組成物は、その多くが当業者に公知である任意の好適な技術によって調製できる。研磨組成物は、バッチまたは連続的工程で調製できる。一般的に、研磨組成物は、それらの成分を任意の順番で混合することによって調製できる。’’成分’’の用語は、本明細書中で使用される場合は、個々の成分（例えば、酸化剤、研削剤等）、および成分（例えば、水、ハロゲンアニオン、界面活性剤等）の任意の組み合わせを含む。
研磨組成物は、液体キャリアー、研削剤、酸化剤、および任意選択的に他の添加剤を含む１つのパッケージシステムとして供給できる。あるいは、酸化剤等の成分のいくつかは、乾燥形態で、または溶液として、もしくは液体キャリアー中の分散体としてのいずれかで、第１の容器中で提供でき、そして研削剤および他の添加剤等の残りの成分は、第２の容器または複数の他の容器中で提供できる。研磨組成物の成分の他の２つの容器、または３つ以上の容器組み合わせは、当業者の知識の範囲内である。
研削剤等の固体成分は、乾燥形態で、または液体キャリアー中の溶液として１種または２種以上の容器中に置かれることができる。さらに、第１の、第２の、または他の容器中の成分が、異なるｐＨ値を有すること、またあるいは実質的に類似の、または同一までものｐＨ値を有することが好適である。研磨組成物の成分は、相互に部分的にまたは完全に別々に供給でき、そして、例えば、エンドユーザーによって、使用の直前（例えば、使用前の１週間以内、使用前の１日以内、使用前の１時間以内、使用前の１０分以内、または使用前の１分以内）に、混合できる。
研磨組成物はまた、使用前に、適当な量の液体キャリアーで希釈することを目的とする濃縮物として供給できる。そうした態様では、それぞれの成分が、適当な量の液体キャリアーでの濃縮物の希釈で、それぞれの成分において上記に記載した適当な範囲内の量で、研磨組成物中に存在できるような量で、研磨組成物濃縮物は、液体キャリアーおよび任意選択的に他の成分を含むことができる。例えば、濃縮物が、適当な体積の液体キャリアー（例えば、等体積の液体キャリアー、２等体積の液体キャリアー、３等体積の液体キャリアー、または４等体積の液体キャリアー、それぞれ）で希釈された場合に、それぞれの成分が、それぞれの成分において上記で説明した範囲内の量で研磨組成物内に存在するであろうように、それぞれの成分は、研磨組成物中でそれぞれの成分において上記に記載した濃度の２倍（例えば、３倍、４倍、または５倍）であるような量で、濃縮物中に存在できる。さらに、当業者によって理解されるであろうように、研磨組成物の他の成分が、濃縮物中で、少なくとも部分的にもしくは完全に溶解し、または懸濁することを確かにするために、濃縮物は、最終の研磨組成物中に存在する適当な留分の液体キャリアーを含む。
基材を研磨する本発明の方法は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置と組み合わせた使用に特に適している。典型的には、装置は、使用時には動いていて、そして軌道の、直線の、または巡回する、動きから生じる速度を有しているプラテン、プラテンと接触しており、そして動作時にはプラテンと共に動く研磨パッド、および研磨パッドの表面と接触し、そして相対的に動くことによって、研磨される基材を保持するキャリアー、を含む。基材の研磨は、基材が研磨パッドおよび（一般的に基材と研磨パッドとの間に配置されている）研磨組成物と接触して配置されて、基材を研磨するために基材の少なくとも一部分を摩耗させるように、研磨パッドが基材に対して動くことで生じる。
望ましくは、研磨の終了点は、基材から除去された炭化ケイ素の量を算出するために使用される炭化ケイ素基材の重量、を監視することによって、決定される。そうした技術は、周知技術である。
研磨は、表面を磨くために、表面の少なくとも一部分の除去をいう。研磨は、ゴージ（ｇｏｕｇｅｓ）、クレート（ｃｒａｔｅｓ）、穴（ｐｉｔｓ）、およびその同類のものを除去することによって低下した表面粗さを有する表面を提供するために行うことができるが、しかし、研磨はまた平面セグメントの交差によって特徴付けられた平面形状を導入または回復するために行うことができる。
本発明の方法は、少なくとも１層の炭化ケイ素を含む任意の好適な基材を研磨するために使用できる。炭化ケイ素は、基材の研磨を行うのに好適な任意の速度で除去できる。例えば、炭化ケイ素は、５ｎｍ/時間以上（例えば、１０ｎｍ/時間以上、２０ｎｍ/時間以上、５０ｎｍ/時間以上、７０ｎｍ/時間以上、１００ｎｍ/時間以上、または２００ｎｍ/時間以上）の速度で除去可能である。炭化ケイ素は、８００ｎｍ/時間以下（例えば、５００ｎｍ/時間以下、３００ｎｍ/時間以下、２５０ｎｍ/時間以下、または２００ｎｍ/時間以下）の速度で除去可能である。従って、炭化ケイ素は、５ｎｍ/時間〜１５００ｎｍ/時間（例えば、１０ｎｍ/時間〜１０００ｎｍ/時間、２０ｎｍ/時間〜８００ｎｍ/時間、３０ｎｍ/時間〜５００ｎｍ/時間、４０ｎｍ/時間〜３００ｎｍ/時間、または５０ｎｍ/時間〜１８０ｎｍ/時間）の速度で基材から除去できる。さらに好ましくは、炭化ケイ素は、２０ｎｍ/時間〜１８０ｎｍ/時間、７０ｎｍ/時間〜１８０ｎｍ/時間、１００ｎｍ/時間〜１８０ｎｍ/時間、３０ｎｍ/時間〜１０００ｎｍ/時間、１００ｎｍ/時間〜５００ｎｍ/時間、または２００ｎｍ/時間〜４００ｎｍ/時間の速度で基材から除去できる。
以下の例は、本発明をさらに具体的に示すが、もちろん、範囲を決して限定すると解釈されてはならない。
この例は、研磨組成物中での実質的に球状のシリカおよび酸化剤の存在による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
６Ｈ半絶縁単結晶炭化ケイ素ウェハーを、１０種の異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物の含有量およびｐＨを表１に示す。炭化ケイ素の除去速度（ｎｍ/時間）を、それぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表１に示した。
表１
Figure 2010503232
表１に示されたデータから明らかなように、研磨組成物は、過硫酸アンモニウム、ヨウ素酸カリウム、またはオキソン等の酸化剤と組み合わせた実質的に球状のシリカ粒子を含む場合に、炭化ケイ素の除去速度が増加した。
例２
この例は、研磨組成物中での異なる酸化剤の存在による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
４ＨＮ単結晶炭化ケイ素ウェハーを、７種の異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物は、３０ｗｔ％の実質的に球状のシリカを含んでいた。表２に示すように過硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムセリウムのいずれかを加えることによって、６種の研磨組成物をさらに改質した
炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）を、それぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表２示した。
表２
Figure 2010503232
表２に示すデータから明らかなように、研磨組成物中での過硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムセリウムのいずれかの存在は、炭化ケイ素除去速度を、０から１８２ｎｍ/時間までもに増加させた。
例３
この例は、研磨組成物内での酸化剤に存在による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
４ＨＰＳＩ単結晶炭化ケイ素ウェハーを、３つの異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物は、３０ｗｔ％の実質的に球状のシリカを含み、そしてｐＨ１０に調整されていた。２種の研磨組成物を、表３に示すように過硫酸アンモニウムを添加してさらに改質した。
炭化ケイ素の除去速度（ｎｍ/時間）を、それぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表３に示した。
表３
Figure 2010503232
表３に示したデータから明らかなように、炭化ケイ素の除去速度は、研磨組成物が過硫酸アンモニウムを含む場合に増加した。
例４
この例は、研磨組成物内での酸化剤および研削剤の存在による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
４Ｈ単結晶炭化ケイ素ウェハーを、１５種の異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物の含有量およびｐＨを、下記表４に示す。炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）をそれぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表４に示した。
表４
Figure 2010503232
表４に示したデータから明らかなように、研磨組成物への酸化剤の添加により炭化ケイ素除去速度は、典型的に増加した。種結晶を用いたゲル法のαアルミナと、過硫酸カリウムとの組み合わせが、炭化ケイ素の除去速度の増加において特に効果的であった。
例５
この例は、研磨組成物中での異なるタイプのアルミナ研削剤の存在による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
４Ｈ単結晶炭化ケイ素ウェハーを、６種の異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物は、３ｗｔ％の研削剤および１.０ｗｔ％の過硫酸カリウムを含み、そしてｐＨ３に調整されていた。それぞれの研磨組成物内で使用されたタイプのアルミナ研削剤を、表５に示す。
炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）をそれぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表５に示した。
表５
Figure 2010503232
表５に示したデータから明らかなように、種結晶を用いたゲル法のαアルミナの使用は、他のタイプのアルミナを含む組成物で達成された速度より著しく速い炭化ケイ素除去速度となった。
例６
この例は、研磨組成物中での過硫酸カリウムの濃度による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
４ＨＮ単結晶炭化ケイ素ウェハーを、５種の異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物は、３ｗｔ％の種結晶を用いたゲル法のαアルミナを含み、そしてｐＨ４に調整されていた。４種の研磨組成物を過硫酸カリウムの添加によって、さらに改質した。
炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）をそれぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表６に示した。
表６
Figure 2010503232
表６に示したデータから明らかなように、０.００５ｗｔ％〜０.０３ｗｔ％の過硫酸カリウム濃度まで過硫酸カリウムの濃度を増加させるにつれて、炭化ケイ素の除去速度は、増加し続けた。
例７
この例は、研磨組成物中での種結晶を用いたゲル法のαアルミナの濃度による炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
４ＨＮ単結晶炭化ケイ素ウェハーを、２種の異なる研磨組成物で研磨した。それぞれの研磨組成物は、０.１ｗｔ％の過硫酸カリウムを含み、そしてｐＨ４に調整されていた。研磨組成物はまた、種結晶を用いたゲル法のαアルミナを、０.１ｗｔ％または０.５ｗｔ％のいずれかの濃度で含んでいた。
炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）をそれぞれの研磨組成物で決定し、そして結果を表７に示した。
表８
Figure 2010503232
表７に示したデータから明らかなように、両組成物は、炭化ケイ素ウェハーの研磨で効果的であったが、より高い濃度のアルミナを含む組成物は、より高い炭化ケイ素の研磨速度を達成した。
例８
この例は、研磨組成物による幾つかの異なるタイプの炭化ケイ素ウェハーの除去速度への効果を示す。
９種の異なるタイプの単結晶炭化ケイ素ウェハーを、０.６ｗｔ％の種結晶を用いたゲル法のαアルミナおよび０.０３ｗｔ％の過硫酸カリウムを含み、ｐＨ４に調整された研磨組成物を含有する研磨組成物で研磨した。
炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）を、それぞれのタイプのウェハーで決定し、そして結果を表８に示した。
表８
Figure 2010503232
表８に示したデータから明らかなように、本発明の研磨組成物は、テストしたそれぞれのタイプの炭化ケイ素ウェハーを成功裏に研磨することができた。
例９
この例は、異なる研磨工具パラメーターを使用して、研磨組成物で炭化ケイ素基材を研磨することによる、炭化ケイ素の除去速度への効果を示す。
５つの異なる組の研摩工具パラメーターを、１ｗｔ％の種結晶を用いたゲル法のαアルミナおよび０.３ｗｔ％の過硫酸カリウムを含み、ｐＨ４に調整された研磨組成物で、化学気相堆積（ＣＶＤ）多結晶炭化ケイ素ウェハーを研磨するために使用した。
炭化ケイ素除去速度（ｎｍ/時間）を、それぞれの組の研磨条件で決定し、そして結果を表９に示した。
表９
Figure 2010503232
表９に示したデータから明らかなように、研磨パッドのプラテン回転速度および研磨パッドに対する基材の下降力の圧力が増加するにつれて、炭化ケイ素除去速度が増加した。

Claims (26)

  1. 基材を化学的機械的に研磨する方法、該方法は、
    （ｉ）少なくとも１層の単結晶炭化ケイ素を含む基材と、
    （ａ）液体キャリアー、
    （ｂ）該液体キャリアー中に懸濁された研削剤、
    該研削剤は、４０ｎｍ〜１３０ｎｍの平均粒径を有する実質的に球状のシリカ粒子で
    ある、および
    （ｃ）過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択された酸化剤、
    を含む化学的機械的研磨組成物と、
    を接触させること、そして、
    （ｉｉ）該基材に対して、該研磨組成物を動かすこと、そして、
    （ｉｉｉ）該基材の該炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、該基材を磨くこと、
    を含んで成る。
  2. 該研削剤が、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、５ｗｔ％〜４０ｗｔ％の量で存在する、請求項１の方法。
  3. 該液体キャリアーが、水を含む、請求項１の方法。
  4. 該実質的に球状のシリカが、縮重合されたシリカである、請求項１の方法。
  5. 該酸化剤が、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜２ｗｔ％の量で存在する、請求項１の方法。
  6. 該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分を有する、該液体キャリアーが、９以上のｐＨを有する、請求項１の方法。
  7. 該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分を有する、該液体キャリアーが、３以下のｐＨを有する、請求項１の方法。
  8. 該炭化ケイ素が、２０ｎｍ/時間〜１８０ｎｍ/時間の速度で、該基材から除去される、請求項１の方法。
  9. 該酸化剤が、過ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸カリウム、過硫酸アンモニウム、または過硫酸カリウムである、請求項１の方法。
  10. 化学的機械的に基材を研磨する方法、該方法は、
    （ｉ）少なくとも１層の単結晶炭化ケイ素を含む基材と、
    （ａ）液体キャリアー、
    （ｂ）該液体キャリアー中に懸濁された研削剤、
    該研削剤は、アルミナであり、そして該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶
    解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、３ｗｔ％以下の量で存在する、および、
    （ｃ）酸化剤、
    該酸化剤は、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された
    全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の量で存在し、そして
    、過酸化水素、オキソン、硝酸アンモニウムセリウム、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、
    過硫酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される、
    を含む化学的機械的研磨組成物と、
    を接触させること、そして、
    （ｉｉ）該基材に対して、該研磨組成物を動かすこと、そして、
    （ｉｉｉ）該基材の該炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、該基材を研磨すること、
    を含んで成る。
  11. 該研削剤が、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、１ｗｔ％以下の量で存在する、請求項１０の方法。
  12. 該研削剤が、１３０ｎｍ以下の平均粒径を有する粒子を含む、請求項１０の方法。
  13. 該液体キャリアーが、水を含む、請求項１０の方法。
  14. 該酸化剤が、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.１ｗｔ％の量で存在する、請求項１０の方法。
  15. 該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分を有する、該液体キャリアーが、５以下のｐＨを有する、請求項１０の方法。
  16. 該酸化剤が、過ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸カリウム、過硫酸アンモニウム、または過硫酸カリウムである、請求項１０の方法。
  17. 該アルミナが、種結晶を用いたゲル法のαアルミナである、請求項１０の方法。
  18. 該炭化ケイ素が、３０ｎｍ/時間〜１０００ｎｍ/時間の速度で、該基材から除去される、請求項１０の方法。
  19. 基材を化学的機械的に研磨する方法、該方法は、
    （ｉ）少なくとも１層の炭化ケイ素を含む基材と、
    （ａ）液体キャリアー、
    （ｂ）該液体キャリアー中に懸濁された研削剤、および、
    （ｃ）酸化剤
    該酸化剤は、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された
    全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の量で存在し、そして
    オキソン、過硫酸カリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、
    を含む化学的機械的研磨組成物と、
    を接触させること、そして、
    （ｉｉ）該基材に対して、該研磨組成物を動かすこと、そして、
    （ｉｉｉ）該基材の該炭化ケイ素の少なくとも一部分を摩耗させて、該基材を研磨すること、
    を含んで成る。
  20. 該研削剤が、４０ｎｍ〜１３０ｎｍの平均粒径を有するアルミナまたは実質的に球状のシリカである、請求項１９の方法。
  21. 該炭化ケイ素が、単結晶炭化ケイ素である、請求項１９の方法。
  22. 該液体キャリアーが、水を含む、請求項１９の方法。
  23. 該酸化剤が、該液体キャリアーおよび該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分の重量に基づいて、０.００１ｗｔ％〜０.１ｗｔ％の量で存在する、請求項１９の方法。
  24. 該液体キャリアーに溶解されまたは懸濁された全ての成分を有する、該液体キャリアーが、５以下のｐＨを有する、請求項１９の方法。
  25. 該酸化剤が、過硫酸カリウムである、請求項１９の方法。
  26. 該炭化ケイ素が、３０ｎｍ/時間〜１０００ｎｍ/時間の速度で、該基材から除去される、請求項１９の方法。
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