JP2011517507A - ダマシン構造におけるアルミニウム／銅及びチタンを研磨するための組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、基材を平坦化又は研磨するための組成物及び方法を提供する。この組成物は、任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、α−ヒドロキシカルボン酸、少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、ポリアクリル酸、任意選択でカルシウム含有化合物、任意選択で殺生物剤、任意選択でｐＨ調整剤、及び水を含む。本発明の方法では、この組成物を用いて基材が化学機械研磨される。

Description

集積回路は、シリコンウェハなどの基材の中に又はその上に形成される何百万もの能動素子から作られている。能動素子は、基材に化学的及び物理的に接続され、そして多層配線を使用することで相互接続されて機能回路を形成する。１つの製造プロセスでは、誘電体基材は、従来のドライエッチプロセスによってパターニングされ、垂直及び水平方向の相互接続のためのホール及びトレンチが形成される。次いで、パターニングされた表面は、任意選択で拡散バリア層及び／又は接着促進層でコーティングされ、続いて金属層が堆積されてトレンチ及びホールが満たされる。化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて、下地の誘電体層が露出しそれによって回路素子が形成されるまで、金属層の厚さと拡散バリア層及び／又は接着促進層の厚さが低減される。

二酸化ケイ素基材上に平坦な金属の回路トレースを製造する１つの方法はダマシンプロセスと呼ばれている。このプロセスによれば、任意選択で窒化ケイ素の層が堆積された二酸化ケイ素の誘電体表面は、フォトレジストを適用し、当該フォトレジストをトレンチ及び／又はビアを画定するためのパターンを介して照射にさらし、次いで従来のドライエッチプロセスを用いてパターニングされ、垂直及び水平方向の相互接続のためのホール及びトレンチが形成される。窒化ケイ素は、トレンチ及び／又はビアの部分ではない二酸化ケイ素の表面をエッチングの際のダメージから保護するための「硬質マスク」として機能する。パターニングされた表面は、チタン若しくはタンタルなどの接着促進層及び／又は窒化チタン若しくは窒化タンタルなどの拡散バリア層でコーティングされる。次いで、接着促進層及び／又は拡散バリア層が金属層で上塗りされる。化学機械研磨を用いて、窒化ケイ素表面の隆起部分を露出する平坦な表面が得られるまで、金属上張層の厚さと任意の接着促進層及び／又は拡散バリア層の厚さが低減される。ビア及びトレンチは、回路の相互接続を形成する導電性金属で満たされたままである。

タングステン及び銅が、このような導電性金属としてますます使用されるようになっている。しかしながら、アルミニウムは、エッチング技術などのサブトラクティブ（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）プロセスを介して回路の相互接続を製造する古い世代のプロセスにおいて使用されているが、ダマシンプロセスにおける使用についても検討されている。アルミニウムとチタンの組み合わせでは、他の金属／バリア層の組み合わせよりも低い抵抗率が得られる可能性があり、それに対応して回路性能が改善される可能性がある。しかしながら、アルミニウムの化学機械研磨において有用な組成物は、典型的には下地のチタンの研磨において非常により低い除去速度を示す。したがって、アルミニウムのダマシン製造プロセスにおいてこのような研磨組成物を用いてアルミニウムとチタンを研磨すると、回路配線に残っているアルミニウムを過度に研磨することが必要となり、結果として配線のディッシングが大きくなる。導電性材料としてのアルミニウムとバリア材料としてのチタンを含む基材の化学機械研磨のための改善された組成物及び方法が当技術分野で必要とされている。

本発明は、基材を研磨するための化学機械研磨用組成物を提供する。この化学機械研磨用組成物は、（ａ）任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、（ｂ）α−ヒドロキシカルボン酸、（ｃ）少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、（ｄ）０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のポリアクリル酸、（ｅ）任意選択でカルシウム含有化合物、（ｆ）任意選択で殺生物剤、（ｇ）任意選択でｐＨ調整剤、及び（ｈ）水を含むか、それらから本質的になるか又はそれらからなり、２〜６のｐＨを有する。

本発明は、（ｉ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、（ａ）任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、（ｂ）α−ヒドロキシカルボン酸、（ｃ）少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、（ｄ）０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のポリアクリル酸、（ｅ）任意選択でカルシウム含有化合物、（ｆ）任意選択で殺生物剤、（ｇ）任意選択でｐＨ調整剤、及び（ｈ）水を含むか、それらから本質的になるか又はそれらからなり、２〜６のｐＨを有する化学機械研磨用組成物と接触させる工程、（ｉｉ）前記基材に対して前記研磨パッドを前記化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに（ｉｉｉ）前記基材の少なくとも一部をすり減らして該基材を研磨する工程を含む、基材を化学機械研磨する方法をさらに提供する。

本発明は、基材を研磨するための化学機械研磨用組成物を提供する。この研磨用組成物は、（ａ）任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、（ｂ）α−ヒドロキシカルボン酸、（ｃ）少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、（ｄ）０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のポリアクリル酸、（ｅ）任意選択でカルシウム含有化合物、（ｆ）任意選択で殺生物剤、（ｇ）任意選択でｐＨ調整剤、及び（ｈ）水を含むか、それらから本質的になるか又はそれらからなり、２〜６のｐＨを有する。

研磨用組成物はアルミナ粒子からなる研磨剤を含有する。好ましくは、アルミナはヒュームドアルミナ又は非ヒュームドα−アルミナである。研磨剤粒子は、２０ｎｍ（例えば、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、又は７５ｎｍ以上）の平均粒子サイズ（例えば、平均粒径）を典型的に有する。研磨剤粒子は、５００ｎｍ以下（例えば、４００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、又は２００ｎｍ以下）の平均粒子サイズを典型的に有する。ヒュームドアルミナは一般に一次粒子の凝集体の形態であり、このような凝集体は有意なエネルギー入力なしでは個々の一次粒子に容易には分解しない。一次粒子は一般に球状であるが、凝集体は一次粒子の鎖状構造であって一般に球状ではない。非ヒュームドα−アルミナはアルミナの結晶形態であり、典型的には凝集体を形成しない。粒子サイズとは、粒子を囲む最も小さい球の径を言うものである。

研磨用組成物は、任意の好適な量のアルミナを含むことができる。典型的には、研磨用組成物は０．０１ｗｔ％以上（例えば、０．０５ｗｔ％以上、又は０．１ｗｔ％以上）のアルミナを含む。好ましくは、研磨用組成物は２ｗｔ％以下（例えば、１ｗｔ％以下、又は０．７５ｗｔ％以下）のアルミナを含む。より好ましくは、研磨用組成物は０．０１ｗｔ％〜２ｗｔ％（例えば、０．０５ｗｔ％〜１ｗｔ％、０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％、又は０．１ｗｔ％〜０．７５ｗｔ％）のアルミナを含む。

アルミナ表面の少なくとも一部を、特にアルミナがα−アルミナである場合には、ポリマーでコーティングすることができる。例えば、５ｗｔ％以上（例えば、１０ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以上、実質的にすべて、又はすべて）のアルミナの表面をポリマーでコーティングすることができる。ポリマーは任意の好適なポリマーであることができる。好ましくは、ポリマーはアニオン性ポリマーである。より好ましくは、アニオン性ポリマーは、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）又はポリスチレンスルホン酸である。

アルミナの表面がポリマーでコーティングされる場合には、ポリマー／アルミナの質量比は、アルミナの質量に基づいて一般に０．０１以上（例えば、０．０５以上、０．１以上、０．１６以上、又は０．２以上）である。好ましくは、ポリマー／アルミナの質量比は３以下（例えば、２以下、又は１以下）である。アルミナは任意の好適な時間においてポリマーで処理することができる。例えば、アルミナを別の工程においてポリマーで処理して前処理されたアルミナを調製した後、当該前処理されたアルミナを研磨用組成物の他の成分に添加することができる。別の実施態様では、ポリマーは、研磨用組成物にアルミナを添加する前、その間又はその後に、独立して研磨用組成物に添加することができる。これに関連して、ポリマー／アルミナの質量比は、研磨用組成物中のポリマーの合計質量について言うものであると解され、アルミナに結合したポリマーに限定されるものではない。

研磨剤は、望ましくは研磨用組成物中に懸濁され、より具体的には研磨用組成物の水成分中に懸濁される。研磨剤が研磨用組成物中に懸濁される場合、研磨剤は好ましくはコロイド状で安定である。コロイドという用語は、液体キャリヤー中の研磨剤粒子の懸濁を言うものである。コロイド安定性とは、時間を通しての懸濁の維持を言うものである。本発明の範囲内で、研磨剤を１００ｍｌのメスシリンダーに入れて２時間撹拌しないまま放置したときに、メスシリンダーの下部５０ｍｌにおける粒子濃度（［Ｂ］（ｇ／ｍｌ））とメスシリンダーの上部５０ｍｌにおける粒子濃度（［Ｔ］（ｇ／ｍｌ））の差を研磨剤組成物の初期粒子濃度（［Ｃ］（ｇ／ｍｌ））で除したものが０．５以下（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）であれば、研磨剤はコロイド状で安定しているとみなされる。｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］の値は、望ましくは０．３以下、好ましくは０．１以下である。

研磨用組成物はα−ヒドロキシカルボン酸を含有する。α−ヒドロキシカルボン酸は、任意の好適なα−ヒドロキシカルボン酸であることができる。好適なα−ヒドロキシカルボン酸の限定的でない例としては、乳酸、α−ヒドロキシ酪酸、及びグリコール酸が挙げられる。好ましくは、α−ヒドロキシカルボン酸は乳酸である。研磨用組成物は、０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％（例えば、０．２５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％、０．５ｗｔ％〜２ｗｔ％、又は１ｗｔ％〜２ｗｔ％）のα−ヒドロキシカルボン酸を含有する。α−ヒドロキシカルボン酸は、遊離酸として又はその任意の好適な塩として提供することができる。

研磨用組成物は酸化剤を含有する。酸化剤の機能は、少なくとも１つの金属を酸化すること、例えば、アルミニウム、アルミニウムと銅の合金（すなわち、アルミニウム−銅）、チタン、及び窒化チタンからなる群より選択される金属を含む１つ又は複数の層を酸化することである。酸化剤は任意の好適な酸化剤であることができる。好適な酸化剤の限定的でない例としては、過酸化水素、過硫酸塩（例えば、過硫酸アンモニウム）、硝酸第二鉄、過酸化水素の固体形態、及びそれらの組み合わせが挙げられる。過酸化水素の固体形態としては、過炭酸ナトリウム、過酸化カルシウム、及び過酸化マグネシウムが挙げられ、これらは水に溶解されると遊離過酸化水素を放出する。好ましくは、酸化剤は過酸化水素である。

研磨用組成物は、任意の好適な量の酸化剤を含有することができる。典型的には、研磨用組成物は０．１ｗｔ％以上（例えば、０．５ｗｔ％以上、又は１ｗｔ％以上）の酸化剤を含有する。好ましくは、研磨用組成物は１０ｗｔ％以下（例えば、８ｗｔ％以下、又は５ｗｔ％以下）の酸化剤を含有する。より好ましくは、研磨用組成物は０．１ｗｔ％〜８ｗｔ％（例えば、１ｗｔ％〜５ｗｔ％）の酸化剤を含有する。

研磨用組成物はポリアクリル酸を含有する。ポリアクリル酸は２０００以上（例えば、３０００以上、又は４０００以上）の分子量を典型的に有する。好ましくは、ポリアクリル酸は５００００以下（例えば、２５０００以下、又は２００００以下）の分子量を有する。より好ましくは、ポリアクリル酸は３０００〜２５０００（例えば、４０００〜２００００）の分子量を有する。ポリアクリル酸の分子量が低すぎると、研磨用組成物は、アルミニウム−銅を含む基材を研磨するのに使用した場合にディッシングを低減することができない。ポリアクリル酸の分子量が高すぎると、研磨用組成物のコロイド安定性を損なう場合がある。

典型的には、研磨用組成物は１０ｐｐｍ以上（例えば、２５ｐｐｍ以上、５０ｐｐｍ以上、又は１００ｐｐｍ以上）のポリアクリル酸を含有する。好ましくは、研磨用組成物は２０００ｐｐｍ以下（例えば、１０００ｐｐｍ以下、５００ｐｐｍ以下、４００ｐｐｍ以下、又は３００ｐｐｍ以下）のポリアクリル酸を含有する。より好ましくは、研磨用組成物は１００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ（例えば、２００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、又は２００ｐｐｍ〜６００ｐｐｍ）のポリアクリル酸を含有する。

研磨用組成物は、任意選択でカルシウム含有化合物をさらに含む。カルシウム含有化合物が存在する場合には、研磨用組成物は１０ｐｐｍ以上（例えば、２５ｐｐｍ以上、又は５０ｐｐｍ以上）のカルシウムイオンを与えるのに十分な量のカルシウム含有化合物を典型的に含む。好ましくは、研磨用組成物は５００ｐｐｍ以下（例えば、４００ｐｐｍ以下、３００ｐｐｍ以下、２５０ｐｐｍ以下、又は２００ｐｐｍ以下）のカルシウムイオンを与えるのに十分な量のカルシウム含有化合物を含む。より好ましくは、研磨用組成物は１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ（例えば、２５ｐｐｍ〜２５０ｐｐｍ、又は５０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ）のカルシウムイオンを与えるのに十分な量のカルシウム含有化合物を含む。有利には、カルシウム含有化合物から得られるカルシウムイオンの存在により、本発明の研磨用組成物が示すチタン層の除去速度を向上させることができる。研磨用組成物中に含まれるカルシウムイオンは、１つ又は複数の好適なカルシウム含有化合物によって得ることができる。好ましくは、カルシウム含有化合物は少なくとも１つの水溶性のカルシウム塩である。好適なカルシウム塩の限定的でない例としては、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、それらの水和物、及びそれらの組み合わせが挙げられる。

研磨用組成物は任意選択で殺生物剤をさらに含有する。殺生物剤は任意の好適な殺生物剤、例えば、イソチアゾリノン殺生物剤であることができる。研磨用組成物中に用いられる殺生物剤の量は、典型的には１ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ、好ましくは１０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍである。

研磨用組成物は７以下（例えば、６以下）のｐＨを有する。好ましくは、研磨用組成物は１以上（例えば、１．５以上、又は２以上）のｐＨを有する。より好ましくは、研磨用組成物は２〜６（例えば、２〜４）のｐＨを有する。研磨用組成物は、任意選択でｐＨ調整剤、例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化アルキルアンモニウム、及び／又は硝酸を含む。理論に束縛されることを意図するものではないが、研磨されるアルミニウム表面の酸化された表面に水素結合によってポリアクリル酸が結合し、その結果としてディッシングが低減されると考えられる。研磨用組成物のｐＨが高すぎると、研磨されるアルミニウム表面の酸化された表面へのポリアクリル酸の効果的な結合を可能にするのに十分な数のポリアクリル酸中のアクリル酸サブユニットがプロトン化されない。

研磨用組成物が上記の成分から本質的になるか又はそれらからなる場合には、研磨用組成物は、典型的には腐食防止剤（例えば、窒素原子を含む複素環式化合物、ホスホン酸、及びそれらの誘導体など）並びに界面活性剤（例えば、ポリアクリル酸及びアルミナを処理するのに用いられるポリマー以外のポリマー化合物）を含まない。

研磨用組成物は、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することができる。研磨用組成物はバッチ又は連続プロセスで調製することができる。一般的には、研磨用組成物は、それらの成分を任意の順序で組み合わせることによって調製することができる。本明細書で用いられる「成分」という用語は、個々の成分（例えば、研磨剤、酸化剤など）並びに複数の成分（例えば、研磨剤、酸化剤、α−ヒドロキシカルボン酸、ポリアクリル酸など）の任意の組み合わせを包含するものである。

例えば、α−ヒドロキシカルボン酸、酸化剤、ポリアクリル酸、任意選択のカルシウム含有化合物、及び任意選択の殺生物剤は、α−ヒドロキシカルボン酸、酸化剤、ポリアクリル酸、任意選択のカルシウム含有化合物、及び任意選択の殺生物剤を任意の順序で又は同時に水に添加することにより水に溶解させることができる。次いで研磨剤を添加し、当該研磨材を研磨用組成物中に分散させることができる任意の方法によって分散させることができる。研磨剤がポリマーで処理される場合には、研磨剤は、研磨用組成物への添加前にポリマーで前処理することができる。他の実施態様では、ポリマーは、研磨剤を添加する前又はその後に他の成分とともに水に添加することができる。研磨用組成物は、使用の直前（例えば、使用前１分以内、使用前１時間以内、又は使用前７日以内）に研磨用組成物に添加される１つ又は複数の成分、例えば、酸化剤とともに、使用前に調製することができる。ｐＨは任意の好適な時間に調整することができ、好ましくは研磨剤を研磨用組成物に添加する前に調整される。研磨用組成物はまた、研磨操作の間に基材の表面でこれらの成分を混合することによって調製することもできる。

研磨用組成物はまた、使用前に適切な量の水及び典型的には酸化剤で希釈されることを意図した濃縮物として提供することもできる。酸化剤が液体の場合には、適切な量の酸化剤は、水で濃縮物を希釈する前に水に添加することができるか、又は濃縮物に水を添加する前、その間若しくはその後に濃縮物に添加することができる。酸化剤が固体の場合には、酸化剤は、水及び／又は酸化剤の水溶液で濃縮物を希釈する前に水又はその一部に溶解させることができる。固体酸化剤はまた、水で濃縮物を希釈する前、その間又はその後に濃縮物に固体として添加して研磨用組成物を与えることもできる。酸化剤は、酸化剤を研磨用組成物に組み込むことができる任意の好適な方法、例えば、混合によって研磨用組成物に組み込むことができる。

研磨用組成物の濃縮物は、当該濃縮物を適切な量の水及び酸化剤で希釈した時に、研磨用組成物の各成分が各成分について上に記載した適切な範囲内の量で研磨用組成物中に存在するような量において、研磨剤、α−ヒドロキシカルボン酸、ポリアクリル酸、任意選択のカルシウム含有化合物、任意選択の殺生物剤、任意選択のｐＨ調整剤及び水を含むことができる。例えば、研磨剤、α−ヒドロキシカルボン酸、ポリアクリル酸、任意選択のカルシウム含有化合物、任意選択のｐＨ調整剤、及び任意選択の殺生物剤のそれぞれは、各成分について上に記載した濃度の２倍（例えば、３倍、４倍、又は５倍）の量で濃縮物中に存在して、濃縮物を等量の水（例えば、それぞれ２倍等量の水、３倍等量の水、又は４倍等量の水）及び適切な量の酸化剤で希釈した時に、各成分が研磨用組成物中に各成分について上に記載した範囲内の量で存在するようにすることができる。好ましくは、濃縮物中に存在する水溶性成分、例えば、α−ヒドロキシカルボン酸、ポリアクリル酸、任意選択のカルシウム含有化合物、任意選択のｐＨ調整剤、及び任意選択の殺生物剤は、これらの成分が濃縮物水中に完全に溶解するような量において存在し、そして濃縮物中、より具体的には濃縮物水中の水溶性成分の濃度が周囲条件（例えば、２０℃の温度）での濃縮物水中の可溶性成分の最大溶解度よりも低いような量において存在する。さらに、α−ヒドロキシカルボン酸、ポリアクリル酸、任意選択のカルシウム含有化合物、任意選択の殺生物剤、及び任意選択のｐＨ調整剤が濃縮物中に少なくとも部分的に又は完全に溶解する、好ましくは濃縮物中に完全に溶解することを確実にするために、濃縮物は、任意選択で酸化剤の一部又は全部とともに、最終的な研磨用組成物中に存在する適切な割合の水を含有することができる。

本発明は、（ｉ）基材を研磨パッド及び本明細書に記載の研磨用組成物と接触させる工程、（ｉｉ）前記基材に対して前記研磨パッドを前記研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに（ｉｉｉ）前記基材の少なくとも一部をすり減らして該基材を研磨する工程を含む、基材を化学機械研磨する方法をさらに提供する。

本発明の研磨用組成物は任意の基材（例えば、集積回路、金属、ＩＬＤ層、半導体及び薄膜）の研磨に有用であるが、この研磨用組成物は、アルミニウム又はアルミニウム含有合金、例えば、アルミニウム−銅を含む少なくとも１つの金属層、チタンを含む少なくとも１つの金属層、及び少なくとも１つの誘電体層を含む基材の研磨に特に有用である。チタンは、チタン金属、その合金、その窒化物、及びそれらの組み合わせの形態であることができる。誘電体層は、金属酸化物、多孔質の金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素化された有機ポリマー、又は他の任意の好適な高若しくは低ｋ絶縁層であることができ、好ましくはケイ素に基づく金属酸化物である。より好ましくは、誘電体層は、オルトケイ酸テトラエチルから誘導されるケイ素酸化物層であり、本明細書において「ＴＥＯＳ」と称される。本発明の範囲内で、「層」という用語は、実質的に均一な表面を有する材料の連続的なバルク層と、表面の特徴（例えば、回路配線又はビア）内に含まれる材料を含む表面の両方を言うものである。有利には、本発明の研磨用組成物は、アルミニウム（例えば、アルミニウム−銅）に関して高い除去速度を可能にし、一方で、チタンに対するアルミニウムの研磨に関する望ましい選択性の比率と、非常に低い誘電体の除去速度とを示し、このことは、余分なアルミニウム次いで下地のチタンの両方を除去して誘電体層を露出させる「１工程」法において研磨用組成物を好適なものにする。さらに、本発明の研磨用組成物中にポリアクリル酸が存在することで、望ましくは本発明の研磨用組成物によって示される基材のディッシングが大きく低下する。

以下の例によって本発明をさらに説明するが、当然ながら、これらの例は、何ら本発明の範囲を限定するものとして解されるべきではない。

［例１］
各基材が独立してアルミニウム−銅、チタン、タンタル及びＴＥＯＳを含む２つの類似した組の基材を２つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物１Ａ及び１Ｂ）で研磨した。研磨用組成物のそれぞれは、ｐＨ３．５において、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、ポリアクリル酸を２００ｐｐｍ、Ｋａｔｈｏｎ ８８６ ＭＷの殺生物剤を１４ｐｐｍ、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物１Ａ及び１Ｂは、それぞれ０．５ｗｔ％及び１．０ｗｔ％の乳酸をさらに含んでいた。

研磨に続いて、アルミニウム−銅、チタン、及びＴＥＯＳに関する除去速度（ＲＲ）を各研磨用組成物について決定した。その結果を表１にまとめる。

表１に記載の結果から明らかなように、本発明の研磨用組成物中の乳酸の濃度を０．５ｗｔ％から１．０ｗｔ％に増やすことで、アルミニウム−銅及びチタンの除去速度が、アルミニウム−銅とチタンの両方について約２６％向上し、一方で、タンタル及びＴＥＯＳの除去速度はそれぞれ約３４％及び１８％低下した。

［例２］
２つの類似の基材を、パターニングされたＴＥＯＳ層上に、順にチタン、次いでアルミニウム−銅を堆積させることにより調製した。これらの基材を２つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物２Ａ及び２Ｂ）で研磨した。研磨用組成物のそれぞれは、ｐＨ３．５において、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、ポリアクリル酸を２００ｐｐｍ、Ｋａｔｈｏｎ ８８６ ＭＷの殺生物剤を１４ｐｐｍ、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物２Ａ及び２Ｂは、それぞれ０．５ｗｔ％及び１．０ｗｔ％の乳酸をさらに含んでいた。

研磨に続いて、５０μｍ幅の孤立線に関してディッシングを決定した。その結果を表２にまとめる。

表２に記載の結果から明らかなように、本発明の研磨用組成物中の乳酸の濃度を０．５ｗｔ％から１．０ｗｔ％に増やすことで、５０μｍ幅の孤立線に関してディッシングが約４２％低下することを観察した。

［例３］
アルミニウム−銅を含む４つの類似の基材を４つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物３Ａ〜３Ｄ）で別々に４０秒間研磨した。研磨用組成物のそれぞれは、ｐＨ３．５において、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物３Ａ〜３Ｄは、乳酸及びポリアクリル酸を表３に記載される量においてさらに含んでいた。

研磨に続いて、アルミニウム−銅に関する除去速度（ＲＲ）を各研磨用組成物について決定した。その結果を表３にまとめる。

表３に記載の結果から明らかなように、０．５ｗｔ％の乳酸を含む研磨用組成物中のポリアクリル酸の量を０．０２ｗｔ％から０．０６ｗｔ％に増やすことで、アルミニウム−銅の除去速度が約７５％低下した（研磨用組成物３Ａ及び３Ｂ）。１．５ｗｔ％の乳酸を含む研磨用組成物中のポリアクリル酸の量を０．０２ｗｔ％から０．０６ｗｔ％に増やすことで、アルミニウム−銅の除去速度が約７０％低下した（研磨用組成物３Ｃ及び３Ｄ）。０．０２ｗｔ％のポリアクリル酸を含む研磨用組成物中の乳酸の量を０．５ｗｔ％から１．５ｗｔ％に増やすことで、アルミニウム−銅の除去速度が約４３％増加した（研磨用組成物３Ａ及び３Ｃ）。０．０６ｗｔ％のポリアクリル酸を含む研磨用組成物中の乳酸の量を０．５ｗｔ％から１．５ｗｔ％に増やすことで、アルミニウム−銅の除去速度が約７１％増加した（研磨用組成物３Ｂ及び３Ｄ）。

［例４］
各基材が独立してアルミニウム−銅、チタン及びＴＥＯＳを含む２つの類似した組の基材を２つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物４Ａ及び４Ｂ）で研磨した。研磨用組成物のそれぞれは、ｐＨ３．５において、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物４Ａは３ｗｔ％のコハク酸をさらに含んでいた。研磨用組成物４Ｂは１．５ｗｔ％の乳酸をさらに含んでいた。

研磨に続いて、アルミニウム−銅、チタン、及びＴＥＯＳに関する除去速度（ＲＲ）を各研磨用組成物について決定し、ＴＥＯＳに対するアルミニウム−銅の選択性を算出した。その結果を表４にまとめる。

表４に記載の結果から明らかなように、１．５ｗｔ％の乳酸を含む研磨用組成物４Ｂは、３ｗｔ％のコハク酸を含む研磨用組成物４Ａによって示されるアルミニウム−銅及びチタンの除去速度と比較して、約１２％高いアルミニウム−銅の除去速度と、約２４％高いチタンの除去速度を示した。加えて、研磨用組成物４Ｂは、研磨用組成物４Ａよりも約２６％高いＴＥＯＳに対するアルミニウムの選択性を示した。

［例５］
各基材が独立してアルミニウム−銅及びチタンを含む３つの類似した組の基材を３つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物５Ａ〜５Ｃ）で研磨した。研磨用組成物のそれぞれは、ｐＨ３．５において、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、乳酸を０．５ｗｔ％、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物５Ａは追加の成分を含んでいなかった。研磨用組成物５Ｂ及び５Ｃは、それぞれ０．０２ｗｔ％及び０．１ｗｔ％のポリアクリル酸をさらに含んでいた。

研磨に続いて、アルミニウム−銅及びチタンに関する除去速度（ＲＲ）を各研磨用組成物について決定し、チタンに対するアルミニウムの選択性を算出した。その結果を表５にまとめる。

表５に記載の結果から明らかなように、０．０２ｗｔ％のポリアクリル酸を含む研磨用組成物５Ｂは、ポリアクリル酸を含まない研磨用組成物５Ａよりもそれぞれ約１３％及び３１％高いアルミニウム−銅及びチタンの除去速度を示した。０．１ｗｔ％のポリアクリル酸を含む研磨用組成物５Ｃは、研磨用組成物５Ａによって示されるアルミニウム−銅及びチタンの除去速度よりもそれぞれ約６１％低いアルミニウム−銅の除去速度及び約２３％高いチタンの除去速度を示した。

［例６］
アルミニウム−銅を含む２つの類似の基材を２つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物６Ａ及び６Ｂ）で研磨した。各研磨用組成物は、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、乳酸を０．５ｗｔ％、ポリアクリル酸を０．０２ｗｔ％、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物６ＡのｐＨは３．５であり、研磨用組成物６ＢのｐＨは８．４であった。

研磨に続いて、アルミニウム−銅に関する除去速度（ＲＲ）を各研磨用組成物について決定した。その結果を表６にまとめる。

表６に記載の結果から明らかなように、３．５のｐＨを有する研磨用組成物６Ａは、８．４のｐＨを有する研磨用組成物６Ｂによって示されるアルミニウム−銅の除去速度よりも少なくとも１．６倍高いアルミニウム−銅の除去速度を示した。

［例７］
９つの類似の基材を、パターニングされたＴＥＯＳ層上に、順にチタン、次いでアルミニウム−銅を堆積させることにより調製した。次いで、これらの基材を８つの異なる研磨用組成物（研磨用組成物７Ａ〜７Ｈ）で研磨した。研磨用組成物のそれぞれは、ｐＨ３．５において、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）で処理されたα−アルミナを０．５ｗｔ％、殺生物剤を１４ｐｐｍ、及び過酸化水素を３ｗｔ％含んでいた。研磨用組成物７Ａ（対照標準）は追加の成分を全く含んでいなかった。研磨用組成物７Ｂ（本発明）は０．０２ｗｔ％のポリアクリル酸をさらに含んでいた。研磨用組成物７Ｃ（比較）は０．０２ｗｔ％のポリマレイン酸をさらに含んでいた。研磨用組成物７Ｄ（比較）は０．０４５ｗｔ％のポリマレイン酸をさらに含んでいた。研磨用組成物７Ｅ（比較）は０．００１ｗｔ％のポリビニルアルコールをさらに含んでいた。研磨用組成物７Ｆ（比較）は０．０２ｗｔ％のポリビニルアルコールをさらに含んでいた。研磨用組成物７Ｇ（比較）は０．００１ｗｔ％のポリスチレンスルホン酸をさらに含んでいた。研磨用組成物７Ｈ（比較）は０．０２ｗｔ％のポリスチレンスルホン酸をさらに含んでいた。２つの基材を研磨用組成物７Ｂ（本発明）で研磨した。

研磨に続いて、１０μｍ及び５０μｍ幅の孤立線に関してディッシングを決定した。その結果を表７にまとめる。研磨用組成物７Ｂに関して報告される結果は２つの研磨試験の平均を表す。

表７に記載の結果から明らかなように、研磨用組成物７Ｂは、対照標準の研磨用組成物又はすべての比較の研磨用組成物によって示されるディッシングに比べて１０％以下の１０μｍ線に関するディッシングと３６％以下の５０μｍ線に関するディッシングを示した。

研磨用組成物はアルミナ粒子からなる研磨剤を含有する。好ましくは、アルミナはヒュームドアルミナ又は非ヒュームドα−アルミナである。研磨剤粒子は、２０ｎｍ以上（例えば、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、又は７５ｎｍ以上）の平均粒子サイズ（例えば、平均粒径）を典型的に有する。研磨剤粒子は、５００ｎｍ以下（例えば、４００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、又は２００ｎｍ以下）の平均粒子サイズを典型的に有する。ヒュームドアルミナは一般に一次粒子の凝集体の形態であり、このような凝集体は有意なエネルギー入力なしでは個々の一次粒子に容易には分解しない。一次粒子は一般に球状であるが、凝集体は一次粒子の鎖状構造であって一般に球状ではない。非ヒュームドα−アルミナはアルミナの結晶形態であり、典型的には凝集体を形成しない。粒子サイズとは、粒子を囲む最も小さい球の径を言うものである。

研磨に続いて、アルミニウム−銅及びチタンに関する除去速度（ＲＲ）を各研磨用組成物について決定し、チタンに対するアルミニウム−銅の選択性を算出した。その結果を表５にまとめる。

Claims (29)

1. （ａ）任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、
   （ｂ）α−ヒドロキシカルボン酸、
   （ｃ）少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、
   （ｄ）０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のポリアクリル酸、
   （ｅ）任意選択でカルシウム含有化合物、
   （ｆ）任意選択で殺生物剤、
   （ｇ）任意選択でｐＨ調整剤、及び
   （ｈ）水
   から本質的になり、２〜６のｐＨを有する、化学機械研磨用組成物。
2. 前記研磨剤がアニオン性ポリマーで処理されたアルミナからなる、請求項１に記載の研磨用組成物。
3. 前記負に帯電したポリマーがポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）又はポリスチレンスルホン酸である、請求項２に記載の研磨用組成物。
4. ０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％の研磨剤を含む、請求項１に記載の研磨用組成物。
5. 前記α−ヒドロキシカルボン酸が乳酸である、請求項１に記載の研磨用組成物。
6. ０．５ｗｔ％〜２ｗｔ％の乳酸を含む、請求項５に記載の研磨用組成物。
7. 前記酸化剤が、過硫酸アンモニウム、硝酸第二鉄、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１に記載の研磨用組成物。
8. 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項１に記載の研磨用組成物。
9. ０．００１ｗｔ％〜０．０５ｗｔ％のカルシウム含有化合物を含む、請求項１に記載の研磨用組成物。
10. ２〜４のｐＨを有する、請求項１に記載の研磨用組成物。
11. （ｉ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、
    （ａ）任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、
    （ｂ）α−ヒドロキシカルボン酸、
    （ｃ）少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、
    （ｄ）０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のポリアクリル酸、
    （ｅ）任意選択でカルシウム含有化合物、
    （ｆ）任意選択で殺生物剤、
    （ｇ）任意選択でｐＨ調整剤、及び
    （ｈ）水
    から本質的になり、２〜６のｐＨを有する化学機械研磨用組成物と接触させる工程、
    （ｉｉ）前記基材に対して前記研磨パッドを前記化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに
    （ｉｉｉ）前記基材の少なくとも一部をすり減らして該基材を研磨する工程
    を含む、基材を化学機械研磨する方法。
12. 前記研磨剤がアニオン性ポリマーで処理されたアルミナからなる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記負に帯電したポリマーがポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）又はポリスチレンスルホン酸である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記研磨用組成物が０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％の研磨剤を含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記α−ヒドロキシカルボン酸が乳酸である、請求項１１に記載の方法。
16. 前記研磨用組成物が０．５ｗｔ％〜２ｗｔ％の乳酸を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記酸化剤が、過硫酸アンモニウム、硝酸第二鉄、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１１に記載の方法。
18. 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項１１に記載の方法。
19. 前記研磨用組成物が０．００１ｗｔ％〜０．０５ｗｔ％のカルシウム含有化合物を含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記研磨用組成物が２〜４のｐＨを有する、請求項１１に記載の方法。
21. 前記基材がアルミニウムの少なくとも１つの層を含み、該アルミニウムの少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項１１に記載の方法。
22. 前記基材がチタンの少なくとも１つの層をさらに含み、該チタンの少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記基材が誘電体材料の少なくとも１つの層をさらに含み、該誘電体材料の少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項２１に記載の方法。
24. 前記基材がアルミニウムと銅の合金の少なくとも１つの層を含み、アルミニウムと銅の該合金の少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項１１に記載の方法。
25. （ｉ）アルミニウム、チタン又はアルミニウムと銅の合金の少なくとも１つの層を含む基材を用意する工程、
    （ｉｉ）前記基材を研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、
    （ａ）任意選択でポリマーで処理された、アルミナ粒子からなる研磨剤、
    （ｂ）α−ヒドロキシカルボン酸、
    （ｃ）少なくとも１つの金属を酸化する酸化剤、
    （ｄ）０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％のポリアクリル酸、
    （ｅ）任意選択でカルシウム含有化合物、
    （ｆ）任意選択で殺生物剤、
    （ｇ）任意選択でｐＨ調整剤、及び
    （ｈ）水
    を含み、２〜６のｐＨを有する化学機械研磨用組成物と接触させる工程、
    （ｉｉｉ）前記基材に対して前記研磨パッドを前記化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに
    （ｉｖ）前記基材の少なくとも一部をすり減らして該基材を研磨する工程
    を含む、基材を化学機械研磨する方法。
26. 前記基材がアルミニウムの少なくとも１つの層を含み、該アルミニウムの少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項２５に記載の方法。
27. 前記基材がチタンの少なくとも１つの層をさらに含み、該チタンの少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項２６に記載の方法。
28. 前記基材が誘電体材料の少なくとも１つの層をさらに含み、該誘電体材料の少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項２６に記載の方法。
29. 前記基材がアルミニウムと銅の合金の少なくとも１つの層を含み、アルミニウムと銅の該合金の少なくとも一部が除去されて前記基材が研磨される、請求項２５に記載の方法。