JP2010541203A - アミノシランを用いて処理した研磨剤粒子を利用する研磨組成物および研磨方法 - Google Patents

アミノシランを用いて処理した研磨剤粒子を利用する研磨組成物および研磨方法 Download PDF

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Abstract

本発明の方法は、液体キャリアー、カチオン性ポリマー、酸、およびアミノシラン化合物を用いて処理された研削粒子を含む本発明の研磨組成物を用いて基材を化学的機械的に研磨することを含む。

Description

化学的機械的研磨（ＣＭＰ）組成物および基材の表面を研磨（例えば、平坦化）するための方法はよく知られた技術である。（研磨スラリー、ＣＭＰスラリー、およびＣＭＰ組成物としてまた知られている）研磨組成物は、典型的には、水溶液中に研削材を含み、そして表面と、研磨組成物で飽和させた研磨パッドとを接触させることによって、表面に適用される。典型的な研削材は、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、および酸化スズ等の金属酸化物粒子を含む。米国特許第５、５２７、４２３号明細書は、例えば、表面と、水媒体中に高純度の微細金属酸化物粒子を含む研磨組成物とを接触させることによって、金属層を化学的機械的に研磨する方法を記載する。研磨組成物は、典型的には、研磨パッド（例えば、研磨布またはディスク）とともに使用される。好適な研磨パッドは、米国特許第６、０６２、９６８号明細書、米国特許第６、１１７、０００号明細書、および開放した多孔質ネットワークを有する焼結ポリウレタン研磨パッドの使用を開示する米国特許第６、１２６、５３２号明細書、および表面織地またはパターンを有する固体研磨パッドの使用を開示する米国特許第５、４８９、２３３号明細書中に記載されている。
半導体ウェハーは、典型的には、その上に複数のトランジスターが形成されているケイ素またはガリウムヒ素等の基材を含む。トランジスターは、基材および基材上の層におけるパターニング領域によって、基材に、化学的かつ物理的に接続されている。トランジスターおよび層は、いくつかの形態の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から主としてなる層間絶縁膜（ＩＬＤ）によって分離されている。トランジスターは、周知のマルチレベルの相互接続の使用を通じて相互に接続されている。典型的なマルチレベルの相互接続は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ドープされたポリケイ素（ポリ−Ｓｉ）、および種々のそれらの組み合わせ、の材料の１種または２種以上からなる積み重なった薄膜からなる。さらに、トランジスターまたはトランジスターの群は、多くの場合、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、および／またはポリケイ素等の絶縁材を用いて充填されたトレンチの使用を通じて、相互に隔離されている。
化学的機械的研磨は、機器製造の種々のステージの間に、金属層または薄膜の表面を平坦化するために使用される。公知のＣＭＰ組成物の多くは、限定された目的のために好適である。しかし、多くの従来のＣＭＰ組成物は、ウェハー製造中に使用される絶縁体材料に関して、受け入れ難い研磨速度および選択性のレベルを示す傾向がある。さらに、多くのＣＭＰ組成物は、下地膜に不充分な膜除去特性を示すか、または不充分な製造収率となる有害な膜腐食を生じる傾向がある。
集積回路機器の技術が進歩するにつれて、進歩した集積回路に必要なレベルの性能を達成するために、従来の材料は新しくかつ異なる方法において使用される。特に、窒化ケイ素および酸化ケイ素は、新しくかつさらに複雑な機器設定を達成するために種々の組み合わせにおいて使用される。一般的に、構造的な複雑さおよび性能特性は、異なる用途によって変わる。特別な機器のための研磨ニーズに合うようにＣＭＰの間に、種々の層（例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素）の除去速度を調整でき、または除去速度を合せることができる方法および組成物への継続した要求がある。本発明は、そうした改善された研磨方法および組成物を提供する。本発明のこれらのおよび他の利点、ならびにさらなる発明の特徴は、本明細書中に提供された本発明の記載から明らかになるであろう。
本発明は、（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、（この研削剤は、コロイドシリカ粒子を含む。）、（ｃ）１〜４のｐＫａを有する少なくとも１種の酸性成分、および（ｄ）カチオン性ポリマー、を含む基材を研磨するための化学的機械的研磨組成物；ここで、この研磨組成物は、１〜３．５のｐＨを有する、を提供する。
本発明はまた、基材を化学的機械的に研磨する方法であって、この方法が（ｉ）基材、特に窒化ケイ素の少なくとも１つの層を含む基材と、（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（この研削剤は、コロイドシリカ粒子を含む。）、（ｃ）１〜４のｐＫａを有する少なくとも１種の酸性成分、および（ｄ）カチオン性ポリマーを含む、化学的研磨組成物と、を接触させる工程、（ｉｉ）基材に対して研磨組成物を動かす工程、ならびに（ｉｉｉ）基材を磨くために基材の少なくとも一部分を摩耗させる工程を含む、方法を提供する。
本発明は、化学的機械的研磨組成物、および基材を化学的機械的に研磨する方法を提供する。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（この研削剤は、コロイドシリカ粒子を含む。）、（ｃ）１〜４のｐＫａを有する少なくとも１種の酸性成分、および（ｄ）カチオン性ポリマーを含み；ここで、この研磨組成物は、１〜３．５のｐＨを有する。この方法は、（ｉ）基材と、任意の好適なｐＨを有することができる化学的機械的研磨組成物とを接触させる工程、（ｉｉ）基材に対して研磨組成物を動かす工程、および（ｉｉｉ）基材を磨くために基材の少なくとも一部分を摩耗させる工程を含む。
研磨方法はさらに、基材と研磨パッド（例えば、研磨表面）とを接触させることを含むことができ、研磨パッドは、基材と研磨パッドとの間の研磨組成物と共に、基材に対して動かされる。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、織られた布研磨パッドおよび不織の研磨パッドを含む。さらに、好適な研磨パッドは、様々な、密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮で反発する能力（ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｒｅｂｏｕｎｄ ｕｐｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）、および圧縮係数を有する任意の好適なポリマーまたはポリマーの組み合わせ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、それらの共生成製品、およびそれらの混合物を含む。
研磨パッドは、研磨パッドの研磨表面上または内側に固定された研削粒子を含むことができ、または研磨パッドは、固定された研削粒子がないか、または実質的にないことができる。研削材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、また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せられた研削粒子を有するパッド、または、例えば、ポリウレタン分散体を含む研削剤を含浸させた繊維バット等の、研磨パッドに一体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、任意の好適な形状を有することができ。例えば、研磨パッドは、円形であることができ。そして、使用する場合に、典型的には、パッドの表面によって規定された平面に垂直な軸周りに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機能する円筒型であることができ、そして、使用する場合に、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、使用の場合には、典型的には研磨される刃先に対して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、使用の場合に、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になるであろう。
研磨組成物は、コロイドシリカ粒子を含み、そして望ましくは、液体キャリアー（例えば、水）中に懸濁されている研削剤を含む。コロイドシリカ粒子は、湿式プロセスを介して調製されており、そして典型的には、凝集していない個々に離散した粒子であり、一般的に形は、球状であるか、またはほぼ球状であるが、他の形（例えば、一般的に楕円形、正方形または長方形の断面を有する形）であることができる。そうした粒子は、典型的には、発熱性プロセスまたは炎加水分解工程を介して調製され、そして凝集した一次粒子の鎖状構造であるフュームド粒子と構造的に異なる。
好ましくは、コロイドシリカは、沈殿し、または縮合重合されたシリカであり、ゾルゲル法によって、またはシリケートイオン交換によって等の、当業者に公知の任意の方法を使用して調製できる。縮合重合されたシリカ粒子は、典型的にはＳｉ（ＯＨ）４を縮合させて実質的に球状粒子を生成させることによって調製される。前駆体Ｓｉ（ＯＨ）４は、例えば、高純度アルコキシシランの加水分解によって、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。そうした研削粒子は、米国特許第５、２３０、８３３号明細書に従って調製でき、またはＥＫＡ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳからのＢＩＮＤＺＩＬ５０／８０、３０／３１０、および４０／１３０製品、Ｆｕｓｏ ＰＬ−Ｉ、ＰＬ−２、ＰＬ−３、およびＰＬ−３Ｈ製品、およびＮａｌｃｏ１０３４Ａ、１０５０、２３２７、および２３２９製品、ならびにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ （ＳＮＯＷＴＥＸ 製品）、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市販されている製品のいずれかとして得ることができる。
粒子の粒径は、粒子を包含する最も小さい球の直径である。研削粒子は、任意の好適な粒径を有することができる。研削粒子は、５ｎｍ以上（例えば、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、または３０ｎｍ以上）の平均粒径を有する。研削粒子は、１５０ｎｍ以下（例えば、１３０ｎｍ以下、８０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、または３０ｎｍ以下）の平均粒径を有することができる。従って、研削粒子は、１０ｎｍ〜１５０ｎｍ（例えば、２０ｎｍ〜１３０ｎｍ、１５ｎｍ〜１００ｎｍ、２０ｎｍ〜８０ｎｍ、または２０ｎｍ〜６０ｎｍ）の平均粒径を有することができる。
任意の好適な量のコロイドシリカ粒子は、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）のコロイドシリカは、研磨組成物中に存在できるであろう。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）コロイドシリカ粒子は、研磨組成物中に存在できるであろう。研磨組成物中のコロイドシリカ粒子の量は、典型的には３０ｗｔ％以下であろうし、さらに典型的には、２０ｗｔ％以下（例えば、１５ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、５ｗｔ％以下、３ｗｔ％以下、または２ｗｔ％以下）であろう。好ましくは、研磨組成物中のコロイドシリカ粒子の量は、０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であり、そしてさらに好ましくは、０．０５ｗｔ％〜１５ｗｔ％（例えば、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、０．１ｗｔ％〜４ｗｔ％、０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％、０．１ｗｔ％〜２ｗｔ％、または０．２ｗｔ％〜２ｗｔ％）である。
コロイドシリカ粒子は、好ましくは、少なくとも１種のアミノシラン化合物を用いて処理されている。そうした化合物は、第１級アミノシラン、第２級アミノシラン、第３級アミノシラン、第４級アミノシラン、およびマルチポーダル（ｍｕｌｔｉ−ｐｏｄａｌ）（例えば、ダイポーダル（ｄｉｐｏｄａｌ））シランを含む。アミノシラン化合物は、アミノプロピルトリアルコキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（例えば、ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）、ビス（２−ヒドロキシエチル）−３−アミノプロピルトリアルコキシシラン、ジエチルアミノメチルトリアルコキシシラン、（Ｎ、Ｎ−ジエチル−３−アミノプロピル）トリアルコキシシラン）、３−（Ｎ−スチリルメチル−２−アミノエチルアミノプロピルトリアルコキシシラン、（２−Ｎ−ベンジルアミノエチル）−３−アミノプロピルトリアルコキシシラン）、トリアルコキシシリルプロピル−Ｎ、Ｎ、Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライド、Ｎ−（トリアルコキシシリルエチル）ベンジル−Ｎ、Ｎ、Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライド、（ビス（メチルジアルコキシシリルプロピル）−Ｎ−メチルアミン、ビス（トリアルコキシシリルプロピル）尿素、ビス（３−（トリアルコキシシリル）プロピル）−エチレンジアミン、ビス（トリアルコキシシリルプロピル）アミン、およびビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン（例えば、ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１７０）等の任意の好適なアミノシランであることができる。
その多くが当業者に公知であるコロイドシリカ粒子を処理する任意の好適な方法を使用できる。例えば、コロイドシリカ粒子は、研磨組成物の他の成分と混合する前に、アミノシラン化合物を用いて処理でき、またはアミノシランおよびコロイドシリカ粒子は、研磨組成物の他の成分に同時に加えることができる。
アミノシラン化合物は、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、１０ｐｐｍ以上（例えば、２０ｐｐｍ以上、３０ｐｐｍ以上、５０ｐｐｍ以上、７０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以上、または１５０ｐｐｍ以上）のアミノシラン化合物を含む。研磨組成物は、好ましくは２０００ｐｐｍ以下（例えば、１０００ｐｐｍ以下、８００ｐｐｍ以下、６００ｐｐｍ以下、５００ｐｐｍ以下、４００ｐｐｍ以下、または３００ｐｐｍ以下）のアミノシラン化合物を含む。好ましくは、研磨組成物は、１０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ（例えば、２０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、３０ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ、または１５０ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ）のアミノシラン化合物を含む。
粒子のゼータ電位は、粒子の周りのイオンの電荷と、バルク溶液（例えば、液体キャリアーおよびそこに溶解された任意の他の成分）の電荷との違いをいう。一般的に、コロイドシリカ粒子がアミノシラン化合物を用いて処理される前に、コロイドシリカ粒子は、０のゼータ電位を有する。アミノシラン化合物を用いて処理した後で、処理されたコロイドシリカ粒子は、正の電荷、および従って正のゼータ電位を有する。典型的には、処理されたコロイドシリカ粒子は、５ｍＶ以上（例えば、１０ｍＶ以上、１５ｍＶ以上、２０ｍＶ以上、２５ｍＶ以上、または３０ｍＶ以上）のゼータ電位を有する。処理されたコロイドシリカ粒子は、好ましくは、５０ｍＶ以下（例えば、４５ｍＶ以下、４０ｍＶ以下、または３５ｍＶ以下）のゼータ電位を有する。好ましくは、処理されたコロイドシリカ粒子は、５ｍＶ〜５０ｍＶ（例えば、１０ｍＶ〜４５ｍＶ、１５ｍＶ〜４０ｍＶ、または２０ｍＶ〜４０ｍＶ）のゼータ電位を有する。
液体キャリアーは、研磨される（例えば、平坦化される）好適な基材の表面への研削剤および任意選択的な任意の添加物の適用を促進するために使用される。液体キャリアーは、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任意の好適なキャリアー（例えば、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、さらに好ましくは脱イオン水を含み、水、さらに好ましくは脱イオン水から本質的に成り、または水、さらに好ましくは脱イオン水から成る。
研磨組成物はまた、１〜４のｐＫａを有する少なくとも１種の酸性成分を含む。少なくとも１種の酸成分は、１〜４の範囲のｐＫａに対応した解離定数を有する少なくとも１種の酸性水素を有する物質を含むか、１〜４の範囲のｐＫａに対応した解離定数を有する少なくとも１種の酸性水素を有する物質からなるか、または１〜４の範囲のｐＫａに対応した解離定数を有する少なくとも１種の酸性水素を有する物質から本質的に成る。従って、単一の酸性水素を有する物質、および２つまたは３つ以上の酸性水素を有する物質は、組成物の酸成分であることができる。２つまたは３つ以上の酸性水素（例えば、硫酸、リン酸、コハク酸、クエン酸、およびその同類のもの）を有する物質は、それぞれの酸性水素の一連の解離に対応した複数の一連のｐＫａ値を有する。例えば、リン酸は、第１の、第２の、および第３の水素の解離にそれぞれ対応した、３つの酸性水素、および３つのｐＫａ値（すなわち、２．１、７．２、および１２．４）を有する。複数の酸性水素を有する物質では、ｐＫａ値の１つのみが、１〜４の範囲にあることが好ましい。そうした化合物における任意の他の酸性水素は、１〜４の範囲内のｐＫａを有することができ、１未満のｐＫａを有することができ、または４超のｐＫａを有することができる。
酸は、無機酸、カルボン酸、有機ホスホン酸、または酸性複素環化合物等の１〜４の範囲のｐＫａを有する任意の好適な酸であることができる。例えば、酸は、アスパラギン酸、ブタン−１、２、３、４−テトラカルボン酸、クロロ酢酸、ｏ−クロロ安息香酸、クエン酸、ギ酸、グルタミン酸、グリシン、グリコール酸、馬尿酸、イタコン酸、乳酸、マロン酸、マンデル酸、１−ナフトエ酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、キノリン酸、サリチル酸、スルファニル酸、α−酒石酸、メソ酒石酸、ｏ−トルイル酸、尿酸、亜硝酸、硫酸、亜硫酸、テトラホウ酸、またはリン酸、亜リン酸等のリン含有酸、１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（例えば、ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）（例えば、ＤＥＱＵＥＳＴ２０００）、またはそれらの組み合わせであることができる。
酸は、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、５０ｐｐｍ以上（例えば、８０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以上、３００ｐｐｍ以上、４００ｐｐｍ以上、５００ｐｐｍ以上、または６００ｐｐｍ以上）の酸を含む。研磨組成物は、好ましくは、５０００ｐｐｍ以下（例えば、４０００ｐｐｍ以下、３０００ｐｐｍ以下、または２０００ｐｐｍ以下）の酸を含む。好ましくは、研磨組成物は、５０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍ（例えば、８０ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍ、または８００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ）の酸を含む。
研磨組成物は、カチオン性ポリマーをさらに含む。カチオン性ポリマーは、任意の好適なカチオン性ポリマーであることができる。例えば、カチオン性ポリマーは、ポリエチレンイミン、エトキシル化ポリエチレンイミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムハロゲン化物、ポリ（アミドアミン）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルジメチルアンモニウム）クロライド、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（ビニルイミダゾール）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルアミン）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマーまたはホモポリマー（例えば、Ａｌｃｏ４７７３）、ジアリルジメチルアンモニウム（例えば、Ｎａｌｃｏ ＴＸｌ３６４５）、（アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、アクリルアミド、スチレン等の）アクリルまたはビニルコモノマー等のアニオン性または中性モノマーとのそれらのコポリマー、およびそれらの組み合わせであることができる。
カチオン性ポリマーは、任意の好適な分子量を有することができる。典型的には、研磨組成物は、５ｋＤａ以上（例えば、１０ｋＤａ以上、２０ｋＤａ以上、３０ｋＤａ以上、４０ｋＤａ以上、５０ｋＤａ以上、または６０ｋＤａ以上）の分子量のカチオン性ポリマーを有するカチオン性ポリマーを含む。研磨組成物は、好ましくは、１００ｋＤａ以下（例えば、８０ｋＤａ以下、７０ｋＤａ以下、６０ｋＤａ以下、または５０ｋＤａ以下）の分子量を有するカチオン性ポリマーを含む。好ましくは、研磨組成物は、５ｋＤａ〜１００ｋＤａ（例えば、１０ｋＤａ〜８０ｋＤａ、１０ｋＤａ〜７０ｋＤａ、または１５ｋＤａ〜７０ｋＤａ）の分子量を有するカチオン性ポリマーを含む。
カチオン性ポリマーは、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、５ｐｐｍ以上（例えば、１０ｐｐｍ以上、２０ｐｐｍ以上、３０ｐｐｍ以上、４０ｐｐｍ以上、５０ｐｐｍ以上、または６０ｐｐｍ以上）のカチオン性ポリマーを含む。研磨組成物は、好ましくは、５００ｐｐｍ以下（例えば、４００ｐｐｍ以下、３００ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、または１００ｐｐｍ以下）のカチオン性ポリマーを含む。好ましくは、研磨組成物は、５ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ（例えば、１０ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ、１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ、１０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ、２０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ、または３０ｐｐｍ〜７０ｐｐｍ）のカチオン性ポリマーを含む。
特別な理論に拘束されることを望まないが、ポリマーが、溶液中で自由であり続けるより、むしろ処理されたコロイドシリカ粒子と相互作用する場合、粒子の電荷は中和され、コロイドの安定性を低下させて、処理されたコロイドシリカ粒子を凝集体にし、そして粒子の全体的なサイズを増加させると考えられている。より大きい粒子は、基材の除去速度を低下し、そして基材の欠陥を増加する場合がある。従って、研磨組成物中のポリマーができるだけ溶液中において自由であることを維持することが望ましい。好ましくは、研磨組成物は、５ｐｐｍ以上（例えば、１０ｐｐｍ以上、１５ｐｐｍ以上、２０ｐｐｍ以上、３０ｐｐｍ以上、または４０ｐｐｍ以上）の溶液中で自由なポリマーを有する。
また、シラン処理剤がコロイドシリカ粒子と長期間結びついている（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ）ことが望ましい。特別な理論に拘束されることを望まないが、複数のシリル基を含むマルチポーダルアミノシラン処理剤（例えば、ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１７０）は、溶液中で長い間に最も自由にならなそうであると考えられている。好ましくは、研磨組成物は、２００ｐｐｍ以下（例えば、１５０ｐｐｍ以下、１２０ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、または５０ｐｐｍ以下）の溶液中で自由なアミノシラン処理剤を有する。
研磨組成物は、任意選択的には、酸化剤を含み、基材の１種または２種以上の材料が研磨組成物を用いて研磨されるために好適な任意の酸化剤であることができる。好ましくは、酸化剤は、ブロメート、ブロマイト、クロレート、クロライト、過酸化水素、ハイポクロライト、アイオデート、モノペルオキシサルフェート、モノペルオキシサルファイト、モノペルオキシホスフェート、モノペルオキシハイポホスフェート、モノペルオキシピロホスフェート、有機ハロオキシ化合物、パーアイオデート、パーマンガネート、ペルオキシ酢酸、およびそれらの混合物からなる群から選択される。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、０．０１ｗｔ％以上（例えば、０．０２ｗｔ％以上、０．１ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以上、または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、または５ｗｔ％以下）の酸化剤を含む。好ましくは、研磨組成物は、０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％（例えば、０．０５ｗｔ％〜１５ｗｔ％、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、０．３ｗｔ％〜６ｗｔ％、または０．５ｗｔ％〜４ｗｔ％）の酸化剤を含む。
研磨組成物は、特にそこに溶解されたまたは懸濁された任意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。研磨組成物は、７未満（例えば、６以下、４以下、３．５以下、３以下、または２．５以下の）のｐＨを有することができる。研磨組成物は、１以上（例えば、１．５以上、２以上、２．５以上、３以上、または３．５以上）のｐＨを有することができる。ｐＨは、例えば、１〜７（例えば、１〜５、１〜３．５、１〜３、１〜２．５、または１．５〜３．５）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、そして／または維持できる。さらに具体的に言うと、研磨組成物はさらに、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、またはそれらの組み合わせを含むことができる。ｐＨ調整剤は、任意の好適なｐＨ調整化合物を含むことができ、任意の好適なｐＨ調整化合物から本質的に成ることができ、または任意の好適なｐＨ調整化合物から成ることができる。例えば、ｐＨ調整剤は、研磨組成物の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を、例えば、本明細書中で説明した範囲内に到達させ、そして／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、腐食防止剤（すなわち、膜形成剤）を含む。腐食防止剤は、任意の好適な腐食防止剤を含むことができ、任意の好適な腐食防止剤から本質的に成ることができ、または任意の好適な腐食防止剤から成ることができる。好ましくは、腐食防止剤はグリシンである。研磨組成物中で使用される腐食防止剤の量は、典型的には、研磨組成物の全重量に基づいて、０．０００１ｗｔ％〜３ｗｔ％（好ましくは０．００１ｗｔ％〜２ｗｔ％）である。
研磨組成物は、任意選択的に、キレート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添加物である。好適なキレートまたは錯化剤は、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つまたは２つ以上のヒドロキシル基を含むカルボキシレート（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、およびその同類のもの）、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、ＥＤＴＡ２カリウム）、それらの混合物、およびその同類のもの）、１つまたは２つ以上のスルホン基および／またはホスホン基を含むカルボキシレート、およびその同類のものを含むことができる。好適なキレート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）、ならびにアミン含有化合物（例えば、アンモニア、アミノ酸、アミノアルコール、ジ、トリ、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。キレートまたは錯化剤の選択は、研磨組成物を用いて除去される基材層のタイプによるであろう。
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）、酸の形態中に、または部分的な塩として、存在できる。例えば、シトレートは、クエン酸、およびクエン酸のモノ塩、ジ塩、およびトリ塩を含む；フタレートは、フタル酸、およびフタル酸のモノ塩（例えば、カリウム水素フタレート）およびジ塩を含む；パークロレートは、対応する酸（すなわち、過塩素酸）、およびこの酸の塩を含む。さらに、ある化合物または試薬は、１より多い機能を果たすことができる。例えば、いくつかの化合物は、キレート剤および酸化剤（例えば、ある硝酸第二鉄およびその同類のもの）の両方として機能できる。
研磨組成物は、任意選択的に、１種または２種以上の他の添加物をさらに含む。そうした添加物は、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、およびそれらの、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固剤（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ある例は、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。研磨組成物中で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を含むことができ、任意の好適な消泡剤から本質的に成ることができ、または任意の好適な消泡剤から成ることができる。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。研磨組成物中での消泡剤の量は、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を含むことができ、任意の好適な殺生剤、例えばイソチアゾリノン殺生剤から本質的に成ることができ、または任意の好適な殺生剤、例えばイソチアゾリノン殺生剤から成ることができる。研磨組成物中での殺生剤の量は、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。コロイド安定性は、時間の経過に伴うその懸濁液の持続性をいう。研磨組成物が、１００ｍｌの目盛り付きのシリンダーに入れられ、そして２時間放置され、かつ混合されない場合の、研磨組成物における粒子の初期濃度（ｇ／ｍｌを単位とする［Ｃ］）で割った、目盛り付きのシリンダーの底５０ｍｌにおける粒子の濃度（ｇ／ｍｌを単位とする［Ｂ］）と、目盛り付きのシリンダーの上部５０ｍｌにおける粒子の濃度（ｇ／ｍｌを単位とする［Ｔ］）との間の差が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プロセスにおいて調製できる。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り調製できる。「成分」の用語は、本明細書中で使用される場合、個々の成分（例えば、液体キャリアー、研削剤、酸等）、および成分（例えば、水、処理された研削剤、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、および任意選択的に研削剤および／または他の添加物を含む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、または液体キャリアー中での溶液または分散体としてのいずれかで第１の容器で供給でき、そして研削剤および他の添加物等の残りの成分は、第２の容器または複数の他の容器で供給できる。他の２つの容器、または３つまたは４つ以上の容器、研磨組成物の成分の組み合わせは、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のいずれかで１つまたは２つ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を用いた濃縮物の希釈で、それぞれの成分について、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つ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、研磨組成物中におけるそれぞれの成分につ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、それぞれの成分は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、ポリエーテルアミンおよび研削剤等の他の好適な添加物が、濃縮物中において、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量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、そして研磨パッドの表面に対して動くことによって、研磨される基材を保持する搬送器具（ｃａｒｒｉｅｒ）を含む。基材の研磨は、基材が本発明の研磨パッドおよび（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、ＣＭＰ装置はさらに、その多くが当該技術分野で知られているｉｎ ｓｉｔｕ研磨終点検出システムを含む。加工対象物の表面から反射された光または他の放射を分析することによる研磨工程の検査および監視のための技術は、当該技術分野で知られている。望ましくは、研磨されている基材に関する研磨工程の進行の検査または監視は、研磨終了点の決定、すなわち、特定の基材に関して研磨工程をいつ終了するかの決定を可能にする。そうした方法は、例えば米国特許第５、１９６、３５３号明細書、米国特許第５、４３３、６５１号明細書、米国特許第５、６０９、５１１号明細書、米国特許第５、６４３、０４６号明細書、米国特許第５、６５８、１８３号明細書、米国特許第５、７３０、６４２号明細書、米国特許第５、８３８、４４７、米国特許第５、８７２、６３３号明細書、米国特許第５、８９３、７９６号明細書、米国特許第５、９４９、９２７号明細書、および米国特許第５、９６４、６４３号明細書に記載されている。
研磨は、表面を磨くための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る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。
本発明の方法を使用して研磨される基材は、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、メモリーまたはハードディスク、金属、層間絶縁（ＩＬＤ）機器、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。基材は、さらに少なくとも１つの他の層、例えば、絶縁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、または任意の他の好適なｈｉｇｈ−κもしくはｌｏｗ−κ絶縁層であることができる。絶縁層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせを含むことができ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせから成ることができ、または酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせから本質的に成ることができる。酸化ケイ素は、その多くが当業者に知られている任意の好適な酸化ケイ素であることができる。好適なタイプの酸化ケイ素は、ボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、プラズマ助長テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、未ドープシリケートガラス、および高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物を含むがこれらに限られない。基材は、少なくとも１つの追加の絶縁層をさらに含むことができる。少なくとも１つの追加の絶縁層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせを含むことができ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせから成ることができ、または酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせから本質的に成ることができる。基材は、金属層をさらに含むことができる。金属層は、その多くが当該技術分野で知られている、例えば、タングステン等の任意の好適な金属を含むことができ、例えば、タングステン等の任意の好適な金属をから本質的に成ることができ、また例えば、タングステン等の任意の好適な金属をから成ることができる。
本発明の方法は、窒化ケイ素の少なくとも１つの層を含む基材を研磨することにおいて特に有用である。窒化ケイ素層は、５０Å／分以上（例えば、１００Å／分以上、２００Å／分以上、３００Å／分以上、４００Å／分以上、または５００Å／分以上）の速度で除去できる。窒化ケイ素層は、５０００Å／分以下（例えば、３０００Å／分以下、２０００Å／分以下、１０００Å／分以下、８００Å／分以下、または５００Å／分以下）の速度で除去できる。従って、窒化ケイ素層は、５０Å／分〜５０００Å／分（例えば、１００Å／分〜２０００Å／分、２００Å／分〜１５００Å／分、３００Å／分〜１５００Å／分、４００Å／分〜１２００Å／分、５００Å／分〜１２００Å／分、または５００Å／分〜５０００Å／分）の速度で基材から除去できる。
本発明の方法はまた、酸化ケイ素の少なくとも１つの層を含む基材を研磨することにおいて特に有用である。酸化ケイ素層は、１Å／分以上（例えば、５０Å／分以上、８０Å／分以上、１００Å／分以上、２００Å／分以上、または３００Å／分以上）の速度で除去されることができる。酸化ケイ素層は、５０００Å／分以下（例えば、３０００Å／分以下、１０００Å／分以下、５００Å／分以下、３００Å／分以下、２００Å／分以下、１００Å／分以下、または５０Å／分以下）の速度で除去されることができる。従って、酸化ケイ素層１Å／分〜５００Å／分（例えば、１Å／分〜４００Å／分、１Å／分〜３００Å／分、１Å／分〜２５０Å／分、１Å／分〜２００Å／分、または１Å／分〜１５０Å／分）の速度で基材から除去されることができる。
基材は、窒化ケイ素の少なくとも１つの層および酸化ケイ素の少なくとも１つの層を含むことができ、この窒化ケイ素層は、酸化ケイ素の層と比較して、選択的に除去される。例えば、窒化ケイ素は、酸化ケイ素の除去される速度より大きな速度で基材から除去できる。
以下の例は、さらに、本発明を具体的に示すが、もちろん、その範囲をいかなる様式においても限定するものと解されるべきではない。
この例は、少なくとも１種のアミノシラン化合物を用いて処理されたコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物のポリマー濃度による、酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーは、６種の異なる研磨組成物を用いて研磨された。それぞれの研磨組成物は、３００ｐｐｍのビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１７０）（組成物１Ａ〜ＩＤ）、３００ｐｐｍのγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）（組成物ＩＥ）、または２１０ｐｐｍのγ−アミノプロピルトリエトキシシランおよび８０ｐｐｍのビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン（組成物ＩＦ）を用いて処理された１ｗｔ％のコロイドシリカを含んでいた。研磨組成物のそれぞれはまた、１０００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含み、そして２．３のｐＨであった。それぞれの研磨組成物中でのポリマー（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３））の濃度を表１に示した。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いたＬｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、１分間、基材を研磨した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）をそれぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表１中に示す。
表１
Figure 2010541203
表１中に示されたデータから明らかなように、ポリマーの量が増加するにつれて。酸化ケイ素除去速度は実質的に低下し、一方、ポリマーの量が増加するにつれて、窒化ケイ素除去速度は、穏やかに増加した。従って、ポリマー濃度は、酸化ケイ素および窒化ケイ素の両方の研磨速度を変更するように調整できる。
例２
この例は、アミノシラン化合物を用いて処理されたコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物中におけるポリマーの分子量による、酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、９種の異なる研磨組成物を用いて研磨した。研磨組成物２Ａ〜２Ｄおよび２Ｆ〜２Ｉは、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３）を含み、そして研磨組成物２Ｅは、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ｎａｌｃｏ）を含んでいた。それぞれの組成物中に含まれるポリマーの分子量および濃度を、それぞれ表２中に示した。研磨組成物のそれぞれはまた、３２０ｐｐｍのγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）を用いて処理された１ｗｔ％のコロイドシリカ、および１５００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含んでいた。それぞれの研磨組成物は、２．２のｐＨを有していた。４８〜５５ｋＰａ（７〜８ｐｓｉ）下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いたＬｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、１分間（ＴＥＯＳ）または３０秒間（窒化物）、基材を研磨した。
酸化ケイ素の除去速度（Å／分）および窒化ケイ素の除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表２に示す。
表２
Figure 2010541203
表２中に存在するデータから明らかなように、ポリマーの分子量が低下するにつれて酸化ケイ素除去速度は、低下し、一方、窒化ケイ素除去速度は、比較的安定であった。
例３
この例は、異なる濃度のアミノシラン化合物を用いて処理された種々の濃度のコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物のポリマーの濃度による酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、１２種の異なる研磨組成物を用いて研磨した。研磨組成物のそれぞれは、γ−アミノプロピルトリエトキシシランで処理したコロイドシリカ（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）およびその濃度を表３に示すメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３）を含んでいた。研磨組成物のそれぞれはまた、１５００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含み、そして２．２のｐＨを有していた。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いたＬｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、１分間、基材を研磨した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表３中に示す。
表３
Figure 2010541203
表３に示されたデータから明らかなように、ポリマーの量が増加するにつれて、特にアミノシランのより高い濃度において、酸化ケイ素除去速度は低下した。ポリマーおよびアミノシランの量における変化では、窒化ケイ素除去速度は比較的安定なままであった。
例４
この例は、アミノシラン化合物を用いて処理されたコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物のポリマーの濃度およびｐＨによる酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、８種の異なる研磨組成物を用いて研磨した。研磨組成物のそれぞれは、１０００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）および３００ｐｐｍのγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）を用いて処理された１ｗｔ％のコロイドシリカを含んでいた。それぞれの研磨組成物のｐＨ、ポリマー濃度（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３））、およびそれぞれの組成物のｐＨを調整するために加えられた酸のタイプを表４に示した。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いてＬｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、１分間、基材を研磨した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表４中に示した。
表４
Figure 2010541203
表４中に示されたデータから明らかなように、ポリマーの量が増加するにつれて、酸化ケイ素除去速度は低下し、一方、窒化ケイ素除去速度は比較的安定なままであった。ｐＨが増加すると、窒化ケイ素除去速度がわずかに増加した。
例５
この例は、異なる濃度のアミノシラン化合物を用いて処理された種々の濃度のコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物のポリマーの濃度による酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、１５種の異なる研磨組成物を用いて研磨した。研磨組成物のそれぞれは、１５００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）およびその濃度を表５に示すγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）を用いて処理されたコロイドシリカを含んでいた。さらに、組成物５Ａ〜５Ｌは、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３）を含み、そして組成物５Ｍ〜５Ｏは、ジアリルジメチル塩化アンモニウム（Ｎａｌｃｏ ＴＸｌ３６４５）を表５に示す濃度で含んでいた。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）の下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いたＬｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、基材を１．５分間研磨した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表５中に示した。
表５
Figure 2010541203
表５に示したデータから明らかなように、ポリマータイプ、ポリマー濃度、シリカ濃度、およびアミノシラン濃度は、酸化ケイ素および窒化ケイ素の両者の研磨速度を変更するように調整できた。
例６
この例は、アミノシラン化合物を用いて処理されたコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物のポリマーの濃度による酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、８の異なる研磨組成物を用いて基材を研磨した。研磨組成物のそれぞれは、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）を用いて処理されたコロイドシリカ、およびその濃度を表６中に示す、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３）を含んでいた。さらに、組成物６Ａ〜６Ｄは、１５００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含み、そして組成物６Ｅ〜６Ｈは、アミノトリ（メチレンホスホン酸）（ＤＥＱＵＥＳＴ２０００）を含んでいた。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）の下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いて、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、１分間基材を研磨した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表６中に示した。
表６
Figure 2010541203
表６に示されたデータから明らかなように、ポリマー、シリカ、およびアミノシランの濃度は、酸化ケイ素および窒化ケイ素の両方の研磨速度を変更するように、調整できた。
例７
この例は、アミノシラン化合物を用いて処理されたコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物による酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、１０種の異なる研磨組成物を用いて研磨した。研磨組成物のそれぞれは、その量を表７に示す、ビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１７０）（組成物７Ａ〜７Ｈ）またはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）（組成物７１および７Ｊ）のいずれかを用いて処理された１ｗｔ％のコロイドシリカを含んでいた。それぞれの組成物はまた、１０００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含み、そして２．３のｐＨを有していた。さらに、組成物７１を除く全ての組成物は、４０ｐｐｍのメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３）を含んでいた。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）の下げ力、９０回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および８０ｍｌ／分の組成物流量を用いたＬｏｇｉｔｅｃｈ ＩＩ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して１分間、基材を研磨した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表７に示した。
表７
Figure 2010541203
表７に示されたデータから明らかなように、シラン処理剤の濃度を増加させると、窒化ケイ素の酸化ケイ素に対する選択性が改善された。
例８
この例は、ポリマーおよびアミノシラン化合物を用いて処理されたコロイドシリカ粒子を含む研磨組成物の長期間の安定性を示す。
研磨組成物のそれぞれは、その量を表８に示す、ビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１７０）（組成物８Ａ〜８Ｆ）またはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）（組成物８Ｇおよび８Ｈ）のいずれかを用いて処理された１ｗｔ％のコロイドシリカを含んでいた。それぞれの組成物はまた、１０００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含み、そして２．３のｐＨを有していた。さらに、組成物８Ｈを除く全ての組成物は、４０ｐｐｍのメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー（Ａｌｃｏ４７７３）を含んでいた。
研磨組成物を、４５℃で２週間エージングさせた。平均粒径、ゼータ電位、溶液中の自由なポリマー、および溶液中の自由なシランを、次に測定し、そして結果を表８に示した。
表８
Figure 2010541203
表８に示されたデータから明らかなように、ダイポーダルシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１７０）の使用は、１分子当たり１つのみのシリル基を含むシラン（ＳＩＬＱＵＥＳＴ Ａｌ１００）と比較した場合、溶液中でさらに多くのポリマーを自由なままとし、そしてさらに多くのアミノシランが、長期間コロイドシリカ粒子と結びついていることを可能とした。
例９
この例は、未処理のシリカ粒子およびカチオン性ポリマーを含む研磨組成物による酸化ケイ素および窒化ケイ素の除去速度への影響を示す。
ＴＥＯＳウェハーおよび窒化ケイ素ウェハーを、５種の異なる研磨組成物を用いて研磨した。研磨組成物のそれぞれは、１ｗｔ％のコロイドシリカ、１０００ｐｐｍの１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴ２０１０）を含んでおり、そして２．３のｐＨを有していた。さらに、組成物９Ａ以外のすべての組成物は、表９に示した量で、メタクリロキシオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドおよびアクリルアミドのコポリマー、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドコ−アクリルアミド）、（２５％／７５％）を含んでいた。２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）の下げ力、９３回転／分のプラテン速度、８４回転／分の搬送器具速度、および１５０ｍｌ／分の組成物流量を用いたＭｉｒｒａ ｐｏｌｉｓｈｅｒ ｓｅｔを使用して、１分間（ＴＥＯＳ）または３０秒間（窒化物）のいずれかの間、基材を処理した。
酸化ケイ素除去速度（Å／分）および窒化ケイ素除去速度（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について決定し、そして結果を表９中に示した。
表９
Figure 2010541203
表９中のデータから明らかなように、カチオン性ポリマーの使用は、コロイドシリカおよび酸を含むスラリー中における、窒化ケイ素と二酸化ケイ素との間の選択性を高めることにおいて、効果的である。

Claims (25)

  1. 基材を研磨するための化学的機械的研磨組成物であって：
    （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、コロイドシリカ粒子を含む、
    （ｃ）１〜４のｐＫａを有する少なくとも１種の酸性成分、および、
    （ｄ）カチオン性ポリマー、
    を含んで成る、組成物；
    ここで、該研磨組成物は、１〜３．５のｐＨを有する。
  2. 該コロイドシリカ粒子が、０．１ｗｔ％〜４ｗｔ％の量で、該研磨組成物中に存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
  3. 該コロイドシリカ粒子が、アミノシラン化合物を用いて処理された表面を有する、請求項１に記載の研磨組成物。
  4. 該アミノシラン化合物が、ダイポーダルシラン、アミノプロピルトリアルコキシシラン、およびビス（トリメトキシシリルプロピル）アミンからなる群から選択される、請求項３に記載の研磨組成物。
  5. 該アミノシラン化合物を用いて処理された表面を有する該コロイドシリカ粒子が、５ｍＶ以上のゼータ電位を有する、請求項３に記載の研磨組成物。
  6. 該アミノシラン化合物が、５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの量で存在する、請求項３に記載の研磨組成物。
  7. 該少なくとも１種の酸性成分が、５００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの量で存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
  8. 該少なくとも１種の酸性成分が、無機酸、カルボン酸、有機ホスホン酸、酸性複素環化合物、１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、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される、請求項１に記載の研磨組成物。
  9. 該研磨組成物が、１．５〜３．５のｐＨを有する、請求項１に記載の研磨組成物。
  10. 該カチオン性ポリマーが、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマーまたはジアリルジメチルアンモニウムのいずれかである、請求項１に記載の研磨組成物。
  11. 該カチオン性ポリマーが、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの量で存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
  12. 基材を化学的機械的に研磨する方法であって、該方法が：
    （ｉ）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、コロイドシリカを含む、
    （ｃ）１〜４のｐＫａを有する少なくとも１種の酸性成分、および、
    （ｄ）カチオン性ポリマー、
    を含む化学的機械的研磨組成物と、を接触させる工程、
    （ｉｉ）該研磨組成物を該基材に対して動かす工程、ならびに、
    （ｉｉｉ）該基材を磨くために少なくとも該基材の一部分を摩耗させる工程、
    を含んで成る、方法。
  13. 該コロイドシリカ粒子が、０．１ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の量で該研磨組成物中に存在する、請求項１２に記載の方法。
  14. 該コロイドシリカ粒子が、アミノシラン化合物を用いて処理された表面を有する、請求項１２に記載の方法。
  15. 該アミノシラン化合物を用いて処理された表面を有する該コロイドシリカ粒子が、５ｍＶ以上のゼータ電位を有する、請求項１４に記載の方法。
  16. 該アミノシラン化合物が、ダイポーダルシラン、アミノプロピルトリアルコキシシラン、およびビス（トリメトキシシリルプロピル）アミンからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
  17. 該アミノシラン化合物が、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの量で存在する、請求項１４に記載の方法。
  18. 該少なくとも１種の酸性成分が、５００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの量で存在する、請求項１４に記載の方法。
  19. 該少なくとも１種の酸性成分が、無機酸、カルボン酸、有機ホスホン酸、酸性複素環化合物、１−ヒドロキシエチリデン−１、１−ジホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、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される、請求項１２に記載の方法。
  20. 該研磨組成物が、１．５〜３．５のｐＨを有する、請求項１２に記載の方法。
  21. 該カチオン性ポリマーが、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマーまたはジアリルジメチルアンモニウムのいずれかである、請求項１２に記載の方法。
  22. 該カチオン性ポリマーが、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの量で存在する、請求項１２に記載の方法。
  23. 該基材が、窒化ケイ素の少なくとも１つの層を含む、請求項１２に記載の方法。
  24. 該基材が、酸化ケイ素の少なくとも１つの層を含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 該窒化ケイ素が、該酸化ケイ素の除去される速度より速い速度で該基材から除去される、請求項２４に記載の方法。
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