JP2013527985A - バルクシリコンの研磨組成物及び研磨方法 - Google Patents

バルクシリコンの研磨組成物及び研磨方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、（ａ）シリカ、（ｂ）シリコンの除去速度を増加させる１種以上の化合物、（ｃ）１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、及び（ｇ）水を含み、ｐＨが７〜１１である研磨組成物を提供する。本発明は、その研磨組成物で基材を研磨する方法をさらに提供する。

Description

電子デバイスに使用されるシリコンウェハは、通常、ダイアモンドソーを用いて最初に薄いウェハにスライスし、平坦性を改良するためにラッピングし、そしてラッピングにより生じた副次表面損傷を除去するためにエッチングする、単結晶シリコンインゴットから調製される。その後、シリコンウェハは、通常、ウェハが電子デバイスでの使用に許容可能になる前に、エッチングにより生じるナノトポグラフィーを除去し、そして所望の厚さを達成する２工程プロセスにおいて研磨される。
最初の研磨工程において、高い除去速度が必要であり、そして理想的にはナノトポグラフィーがこの工程の間に悪化しない。ナノトポグラフィーは領域の前面トポロジーを測定するパラメータであり、約０．２〜２０ｍｍの空間波長の範囲内の表面の偏差として定義される。ナノトポグラフィーは下記の点で表面平坦度とは異なる。ナノトポグラフィーでは、ウェハ表面の平坦性がウェハ表面自体に対して測定され、一方、表面平坦度では、ウェハ表面の平坦性がウェハを保持するために使用するフラットチャックに対して測定される。このため、ウェハは完全な平坦度を有するが、なおもナノトポグラフィーを有することがある。もしウェハがウェハの前面及び裏面に表面不均一性を有するが、前面及び裏面が平行であるならば、ウェハは完全な平坦度を有する。しかしながら、同ウェハはナノトポグラフィーを示すであろう。ナノトポグラフィーは、空間周波数でのウェハ表面不均一性のトポロジーマップにおいて、粗さ及び平坦さの間のギャップを埋める。
シリコンウェハ用の従来の研磨組成物はシリコンに対して高い除去速度を示すが、シリコンウェハのナノトポログラフィーを増加させる。増加したナノトポグラフィーは、半導体基材へとさらに加工するのに適したシリコンウェハを製造するための第二の最終の研磨工程に対して高い要求を課す。
さらに、シリコンウェハの縁は加工装置及び輸送ケースと接触されることがあり、そのことはウェハの縁表面でのクラッキング又はチッピングをもたらしうる。クラッキング又はチッピングにより微細粒子が生じることがあり、そのことはさらなる加工を阻害しうる。非常に微細な粒子によるシリコンウェハの汚染は縁の粗い表面でも起こることがあり、その粒子は加工の間に開放され、そしてウェハ表面の汚染をもたらすことがある。このように、ウェハの最も外側の周囲縁は、通常、ウェハ加工の早期段階で面取りされ、その後、鏡面研磨される。さらに、幾つかの方法において、シリコンウェハは酸化シリコンの保護層を形成するために片面が酸化され、そのため、ウェハ縁の一部が酸化シリコンを含む。シリコン研磨組成物は、縁研磨に使用されうるが、通常、シリコンウェハの縁研磨では表面研磨よりも高い除去速度が必要とされる。さらに、適切な縁研磨組成物は、望ましくは、シリコンと同様に酸化シリコンに対して有用な除去速度を示す。このように、シリコンウェハのための改良された研磨組成物の必要性が当該技術分野になおも存在する。
本発明は、下記（ａ）〜（ｇ）を含み、ｐＨが７〜１１である研磨組成物を提供する：（ａ）シリカ、（ｂ）シリコンの除去速度を増加させる化合物（１種又は複数種）、（ｃ）テトラアルキルアンモニウム塩、及び（ｇ）水。
本発明の化学機械研磨組成物の第一の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を含む：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の１種以上の有機カルボン酸、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％の１種以上のアミノホスホン酸、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に１種以上の重炭酸塩、（ｆ）随意に水酸化カリウム、及び（ｇ）水。
本発明の化学機械研磨組成物の第二の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を含む：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種以上のポリアミノカルボン酸、（ｃ）０．０５質量％〜５質量％の１種以上のアミン、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）０．００１質量％〜１質量％の１種以上のジオール化合物、（ｆ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水。
本発明の化学機械研磨組成物の第三の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を含む：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種以上のポリアミノカルボン酸、（ｃ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の１種以上の有機カルボン酸、（ｅ）随意に０．１質量％〜５質量％の１種以上のアミン、（ｆ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水。
本発明の化学機械研磨組成物の第四の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を含む：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の１種以上の窒素含有複素環式化合物、（ｃ）０．０５質量％〜２質量％の１種以上のアミノホスホン酸、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水。
本発明は、本発明の化学機械研磨組成物で基材を化学機械研磨する方法も提供する。
本発明の基材の化学機械研磨方法の第一の実施形態は、（ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の１種以上の有機カルボン酸、（ｃ）０．０２質量％〜２質量％の１種以上のアミノホスホン酸、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に１種以上の重炭酸塩、（ｆ）随意に水酸化カリウム、及び、（ｇ）水；（ｉｉ）上記基材に対して上記研磨パッドを、上記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと；及び（ｉｉｉ）上記基材の少なくとも一部を磨り減らして、上記基材を研磨することを含む。
本発明の基材の化学機械研磨方法の第二の実施形態は、（ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種以上のポリアミノカルボン酸、（ｃ）０．０５質量％〜５質量％の１種以上のアミン、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）０．００１質量％〜１質量％の１種以上のジオール化合物、（ｆ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水；（ｉｉ）上記基材に対して上記研磨パッドを、上記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと；及び（ｉｉｉ）上記基材の少なくとも一部を磨り減らして、上記基材を研磨することを含む。
本発明の基材の化学機械研磨方法の第三の実施形態は、（ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種以上のポリアミノカルボン酸、（ｃ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の１種以上の有機カルボン酸、（ｅ）随意に０．１質量％〜５質量％の１種以上のアミン、（ｆ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水；（ｉｉ）上記基材に対して上記研磨パッドを、上記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと；及び（ｉｉｉ）上記基材の少なくとも一部を磨り減らして、上記基材を研磨することを含む。
本発明の基材の化学機械研磨方法の第四の実施形態は、（ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の１種以上の窒素含有複素環式化合物、（ｃ）０．０５質量％〜２質量％の１種以上のアミノホスホン酸、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水；（ｉｉ）上記基材に対して上記研磨パッドを、上記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと、並びに；（ｉｉｉ）上記基材の少なくとも一部を磨り減らして、上記基材を研磨することを含む。
本発明は、（ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：（ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式法シリカ、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）水酸化カリウム、（ｆ）随意に重炭酸塩、及び、（ｇ）水；（ｉｉ）シリコンウェハの縁に対して上記研磨パッドを、上記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと；並びに（ｉｉｉ）上記縁の少なくとも一部を磨り減らして、上記シリコンウェハの縁を研磨することを含む、縁がシリコンから本質的になるシリコンウェハの縁の研磨方法をさらに提供する。
本発明は、（ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸、（ｃ）０．０００５質量％〜１質量％のアミノホスホン酸、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に重炭酸塩、（ｆ）随意に水酸化カリウム、及び、（ｇ）水；（ｉｉ）ウェハの縁に対して上記研磨パッドを、上記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと；並びに（ｉｉｉ）上記縁の少なくとも一部を磨り減らして、上記ウェハの縁を研磨することを含む、縁がシリコン及び酸化シリコンから本質的になる表面を有するウェハの縁の研磨方法をさらに提供する。
図面は表面パラメータＲｍａｘを示す模式図である。
本発明は、下記（ａ）〜（ｇ）を含み、ｐＨが７〜１１である研磨組成物を提供する：（ａ）シリカ、（ｂ）シリコンの除去速度を増加させる化合物（１種又は複数種）、（ｃ）１種以上のテトラアルキルアンモニウム塩、及び（ｇ）水。
シリカは、湿式プロセス型シリカ、ヒュームドシリカ又はそれらの組み合わせなどの任意の適切な形態のシリカであることができる。例えばシリカは、湿式プロセス型シリカ粒子（例えば縮合重合もしくは沈降シリカ粒子）を含むことができる。縮合重合シリカ粒子は、通常、Ｓｉ（ＯＨ）４を縮合させてコロイド粒子を形成することにより調製し、ここで、コロイド粒子は平均粒子サイズが１ｎｍ〜１０００ｎｍであるものと定義される。このような研磨粒子は米国特許第５，２３０，８３３号明細書に従って調製でき、又は、種々の市販製品のいずれかとして、例えばＡｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ Ｂｉｎｄｚｉｌ ５０／８０製品、Ｎａｌｃｏ ＤＶＳＴＳ００６製品及びＦｕｓｏ ＰＬ−２製品、並びに、ＤｕＰｏｎｔ，Ｂａｙｅｒ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の同様の製品として得ることができる。
シリカはヒュームドシリカ粒子を含むことができる。ヒュームドシリカ粒子は、高熱プロセスにおいて揮発性前駆体（例えばハロゲン化ケイ素）から、高温炎（Ｈ２／空気又はＨ２／ＣＨ４／空気）中での前駆体の加水分解及び／又は酸化によりヒュームドシリカを生じることにより製造されうる。前駆体を含む溶液を、液滴発生器を用いて高温炎中に噴霧し、その後、金属酸化物を回収することができる。典型的な液滴発生器としては、バイフルイドアトマイザ、高圧噴霧ノズル及び超音波アトマイザが挙げられる。適切なヒュームドシリカ製品はＣａｂｏｔ，Ｔｏｋｕｙａｍａ及びＤｅｇｕｓｓａなどの製造者から市販されている。
シリカは任意の適切な平均粒子サイズ（すなわち、平均粒子直径）を有することができる。シリカは、４ｎｍ以上、例えば１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上又は２５ｎｍ以上の平均粒子サイズを有することができる。代わりに又は加えて、シリカは１８０ｎｍ以下、例えば１２０ｎｍ以下、１１０ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、８０ｎｍ以下、７０ｎｍ以下、６０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下又は４０ｎｍ以下の平均粒子サイズを有することができる。このように、シリカは、上記の任意の２つの末端によって限定される平均粒子サイズを有することができる。例えばシリカは、１０ｎｍ〜１００ｎｍ、２０ｎｍ〜１００ｎｍ、２０ｎｍ〜８０ｎｍ、２０ｎｍ〜６０ｎｍ又は２０ｎｍ〜４０ｎｍの平均粒子サイズを有することができる。非球状シリカ粒子では、粒子のサイズは粒子を包含する最小の球の直径である。
研磨組成物は任意の適切な量のシリカを含むことができる。通常、研磨組成物は０．５質量％以上、例えば１質量％以上、２質量％以上、又は、５質量％以上のシリカを含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は２０質量％以下、例えば１５質量％以下、１０質量％以下、８質量％以下、６質量％以下又は５質量％以下のシリカを含むことができる。このように、研磨組成物はシリカを、シリカに関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．５質量％〜２０質量％、１質量％〜１５質量％、５質量％〜１５質量％又は０．５質量％〜５質量％のシリカを含むことができる。
シリカ粒子は、好ましくは、コロイド安定である。用語「コロイド」は液体キャリア中のシリカ粒子の懸濁液を指す。コロイド安定は懸濁液を長時間維持することを意味する。本発明の関係で、もし、研磨材を１００ｍｌメスシリンダ中に入れ、攪拌せずに２時間放置したときに、メスシリンダのボトム５０ｍｌ中の粒子の濃度（ｇ／ｍｌでの［Ｂ］）とメスシリンダのトップ５０ｍｌ中の粒子の濃度（ｇ／ｍｌでの［Ｔ］）との差異を、研磨材組成物中の粒子の初期濃度（ｇ／ｍｌでの［Ｃ］）で割ったものが０．５以下である（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）であるならば、研磨材はコロイド安定と考えられる。より好ましくは、［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は０．３以下であり、最も好ましくは０．１以下である。
研磨組成物は水を含む。研磨粒子、シリコンの除去速度を増加させる化合物（１種又は複数種）、研磨され又は平坦化される適切な基材の表面に対する任意の他の添加剤の適用を促進するために水を用いる。好ましくは、水は脱イオン水である。
研磨組成物は、ｐＨが１１以下（例えば１０以下）である。好ましくは、研磨組成物は、ｐＨが７以上（例えば８以上）である。さらにより好ましくは、研磨組成物は、ｐＨが７〜１１（例えば８〜１０）である。研磨組成物は、随意に水酸化カリウム、水酸化アンモニウム及び／又は硝酸などのｐＨ調節剤を含む。研磨組成物は、また、随意にｐＨ緩衝剤系を含む。多くのこのようなｐＨ緩衝剤系は当該分野で周知である。ｐＨ緩衝剤は、例えば重炭酸塩−炭酸塩緩衝系、アミノアルキルスルホン酸などの任意の適切な緩衝剤であることができる。研磨組成物は、適切な範囲内の研磨組成物のｐＨを達成し及び／又は維持するために適量が使用されるかぎり、任意の適量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨ緩衝剤を含むことができる。
本発明の化学機械研磨組成物の第一の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を提供する：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に重炭酸塩、（ｆ）随意に水酸化カリウム、及び（ｇ）水。
第一の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切な有機カルボン酸又はその塩を含む。有機カルボン酸はアルキルカルボン酸又はアリールカルボン酸であることができ、随意にＣ１〜Ｃ１２アルキル、アミノ、置換アミノ基（例えばメチルアミノ、ジメチルアミノなど）、ヒドロキシル、ハロゲン又はそれらの組み合わせからなる群より選ばれる基で置換されていてよい。好ましくは、有機カルボン酸はヒドロキシカルボン酸（例えば脂肪族ヒドロキシカルボン酸又はヒドロキシ安息香酸）、アミノ酸、アミノヒドロキシ安息香酸又はピリジンカルボン酸である。適切なヒドロキシカルボン酸の非限定的な例としては、マロン酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、アセトヒドロキサム酸、グリコール酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸、サリチル酸、及び２，６−ジヒドロキシ安息香酸が挙げられる。適切なアミノ酸の非限定的な例としては、グリシン、アラニン、プロリン、リジン、システイン、ロイシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、及び２−アミノ−４−チアゾール酢酸が挙げられる。アミノヒドロキシ安息香酸の非限定的な例としては、３−アミノサリチル酸、及び３−アミノ−４−ヒドロキシ安息香酸が挙げられる。ピリジンカルボン酸の非限定的な例としては、ピコリン酸、及びニコチン酸が挙げられる。
第一の実施形態の研磨組成物は任意の適量の有機カルボン酸を含むことができる。研磨組成物は、０．０１質量％以上、例えば０．０２質量％以上、例えば０．０５質量％以上、０．１質量％以上、又は、０．５質量％以上の有機カルボン酸を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、５質量％以下、例えば４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下又は１質量％以下の有機カルボン酸を含むことができる。このように、研磨組成物は、有機カルボン酸を、有機カルボン酸に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０１質量％〜５質量％、０．０２質量％〜５質量％、０．０５質量％〜４質量％又は０．１質量％〜３質量％の有機カルボン酸を含むことができる。
第一の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切なアミノホスホン酸を含む。好ましくは、アミノホスホン酸はエチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、それらの塩及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる。より好ましくは、アミノホスホン酸はアミノトリ（メチレンホスホン酸）である。
第一の実施形態の研磨組成物は、任意の適量のアミノホスホン酸を含むことができる。通常、研磨組成物は、０．０００５質量％以上、例えば０．００１質量％以上、０．０１質量％以上、０．０２質量％以上、又は、０．０５質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は、０．５質量％以上のアミノホスホン酸を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、２質量％以下、例えば１．５質量％以下、又は、１質量％以下のアミノホスホン酸を含むことができる。このように、研磨組成物は、アミノホスホン酸を、アミノホスホン酸に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０００５質量％〜２質量％、０．０２質量％〜２質量％、０．０５質量％〜２質量％、０．１質量％〜１．５質量％又は０．５質量％〜１質量％のアミノホスホン酸を含むことができる。
第一の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切なテトラアルキルアンモニウム塩を含む。テトラアルキルアンモニウム塩は、好ましくは、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム及びテトラブチルアンモニウムからなる群より選ばれるカチオンを含む。テトラアルキルアンモニウム塩は、任意の適切なカチオンを有することができ、そして限定するわけではないが、水酸化物、塩化物、臭化物、硫酸塩又は硫酸水素塩が挙げられる。ある実施形態において、テトラアルキルアンモニウム塩はテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド（例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド）である。
第一の実施形態の研磨組成物は任意の適量のテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。通常、研磨組成物は、０．０１質量％以上、例えば０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は、０．５質量％以上のテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、５質量％以下、例えば４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下、又は、１質量％以下のテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。このように、研磨組成物は、テトラアルキルアンモニウム塩を、テトラアルキルアンモニウム塩に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０１質量％〜５質量％、０．１質量％〜５質量％、０．２質量％〜４質量％又は０．５質量％〜３質量％のテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。
ある実施形態において、研磨組成物は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になる：（ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式法シリカ、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の、乳酸、シュウ酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる有機カルボン酸、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％の、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれるアミノホスホン酸、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、（ｅ）０．０５質量％〜２質量％の水酸化カリウム、（ｆ）０．０５質量％〜５質量％の重炭酸カリウム、及び（ｇ）水。
本発明の化学機械研磨組成物の第二の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を提供する：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％のポリアミノカルボン酸、（ｃ）０．１質量％〜５質量％のアミン、（ｄ）０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）０．００１質量％〜１質量％のジオール化合物、（ｆ）随意に重炭酸塩、及び（ｇ）水。
第二の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切なポリアミノカルボン酸を含む。本明細書中に使用されるときに、用語「ポリアミノカルボン酸」は２個以上のアミノ基及び２個以上のカルボン酸基を有する化合物を指す。好ましくは、ポリアミノカルボン酸はエチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、Ｎ−（ヒドロキシエチル）エチレンジアミン三酢酸、ニトリロ三酢酸、メチルグリシン二酢酸、それらの塩及びそれらの組み合わせ酸からなる群より選ばれる。より好ましくは、ポリアミノカルボン酸はエチレンジアミン四酢酸又はその塩（例えば一、二、三又は四ナトリウム塩）からなる群より選ばれる。
第二の実施形態の研磨組成物は任意の適量のポリアミノカルボン酸を含むことができる。通常、研磨組成物は、０．０１質量％以上、例えば０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は、０．５質量％以上のポリアミノカルボン酸を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、２質量％以下、例えば１．５質量％以下、又は、１．０質量％以下のポリアミノカルボン酸を含むことができる。このように、研磨組成物は、ポリアミノカルボン酸を、ポリアミノカルボン酸に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０１質量％〜２質量％、０．１質量％〜１．５質量％又は０．５質量％〜１質量％のポリアミノカルボン酸を含むことができる。
第二の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切なアミンを含む。適切なアミンの非限定的な例としては、ピペラジン、アミノエチルピペラジン、２−メチル−２−アミノエタノール、（２−アミノエチル）−２−アミノエタノール、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタアミン、ヒドラジン、２−ヒドロキシエチルヒドラジン、セミカルバジド、ヒドロキシルアミン、Ｎ−メチルヒドロキシルアミン、Ｏ−メチルヒドロキシルアミン及びＯ−カルボキシメチルヒドロキシルアミンが挙げられる。より好ましくは、アミンはピペラジン又はアミノエチルピペラジンである。
第二の実施形態の研磨組成物は任意の適量のアミンを含むことができる。通常、研磨組成物は、０．０５質量％以上、例えば０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は、０．５質量％以上のアミンを含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、５質量％以下、例えば４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下、又は、１質量％以下のアミンを含むことができる。このように、研磨組成物は、アミンを、アミンに関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０５質量％〜５質量％、０．２質量％〜４質量％、又は、０．５質量％〜３質量％のアミンを含むことができる。
第二の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切なテトラアルキルアンモニウム塩を含む。テトラアルキルアンモニウム塩及びその量は研磨組成物の第一の実施形態に関して記載したのと同様であることができる。
第二実施形態の研磨組成物は１種以上の適切なジオール化合物を含む。ジオール化合物は任意の適切なジオール化合物であることができ、通常、１，２−ジオール化合物又は１，３−ジオール化合物である。通常、ジオール化合物は、直鎖又は枝分かれ鎖Ｃ２〜Ｃ１０ジオール化合物である。適切な１，２−ジオール化合物の非限定的な例としては、１，２−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、２，３−ペンタンジオール及びそれらの組み合わせが挙げられる。適切な１，３−ジオール化合物の非限定的な例としては、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，３−ペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール及びそれらの組み合わせが挙げられる。
第二の実施形態の研磨組成物は任意の適量のジオール化合物を含むことができる。通常、研磨組成物は、０．００１質量％以上、例えば０．００５質量％以上、０．０１質量％以上、又は、０．０５質量％以上のジオール化合物を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、１質量％以下、例えば０．７５質量％以下、０．５質量％以下、０．２５質量％以下、又は、０．１質量％以下のジオール化合物を含むことができる。このように、研磨組成物は、ジオール化合物を、ジオール化合物に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．００１質量％〜１質量％、０．００５質量％〜０．７５質量％、又は、０．０１質量％〜０．５質量％のジオール化合物を含むことができる。
本発明の化学機械研磨組成物の第三の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を含む：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％のポリアミノカルボン酸、（ｃ）０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の有機カルボン酸、（ｅ）随意に０．１質量％〜５質量％のアミン、（ｆ）随意に１種以上の重炭酸塩、及び（ｇ）水。本発明の化学機械研磨組成物の第三の実施形態中に含まれるポリアミノカルボン酸、テトラアルキルアンモニウム塩、有機カルボン酸、アミン及びそれらの量は本発明の研磨組成物の第一の実施形態及び第二の実施形態に関して本明細書中に記載したのと同様であることができる。
本発明の化学機械研磨組成物の第四の実施形態は、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり又はからなり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物を提供する：（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の窒素含有複素環式化合物、（ｃ）０．０５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸、（ｄ）０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｅ）随意に重炭酸塩、及び（ｇ）水。本発明の化学機械研磨組成物の第四の実施形態中に含まれるアミノホスホン酸、テトラアルキルアンモニウム塩及びそれらの量は本発明の研磨組成物の第一の実施形態に関して本明細書中に記載したのと同様であることができる。
第四の実施形態の研磨組成物は１種以上の適切な窒素含有複素環式化合物を含む。本明細書中に使用されるときに、用語「窒素含有複素環式化合物」は、環系の一部として含まれる１個以上の窒素原子を有する５−、６−又は７−員環化合物を指す。ある実施形態において、窒素含有複素環式化合物はトリアゾールである。好ましい実施形態において、窒素含有複素環式化合物はアミノトリアゾールである。適切なアミノトリアゾールの非限定的な例としては、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−カルボン酸、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール及び４−アミノ−５−ヒドラジノ−１，２，４−トリアゾール−３−チオールが挙げられる。別の実施形態において、窒素含有複素環式化合物はチアゾールである。適切なチアゾールの非限定的な例としては、２−アミノ−５−メチルチアゾール、２−アミノ−４−チアゾール酢酸、及びチアゾールが挙げられる。別の実施形態において、窒素含有複素環式化合物は複素環式Ｎ−オキシドである。適切な複素環式Ｎ−オキシドの非限定的な例としては、２−ヒドロキシピリジン−Ｎ−オキシド、４−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド及びピコリン酸Ｎ−オキシドが挙げられる。
第四の実施形態の研磨組成物は任意の適量の窒素含有複素環式化合物を含むことができる。研磨組成物は、０．０２質量％以上、例えば０．０５質量％以上、０．１質量％以上、又は、０．５質量％以上の窒素含有複素環式化合物を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、５質量％以下、例えば４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下、又は、１質量％以下の窒素含有複素環式化合物を含むことができる。このように、研磨組成物は、窒素含有複素環式化合物を、窒素含有複素環式化合物に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０２質量％〜５質量％、０．０５質量％〜４質量％又は０．１質量％〜３質量％の窒素含有複素環式化合物を含むことができる。
研磨組成物は、随意に１種以上の重炭酸塩をさらに含む。重炭酸塩は、任意の適切な重炭酸塩であることができ、例えば重炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム又はそれらの組み合わせであることができる。
研磨組成物は任意の適量の重炭酸塩を含むことができる。通常、研磨組成物は、０．０５質量％以上、例えば０．１質量％以上、０．２５質量％以上、又は、０．５質量％以上の重炭酸塩を含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、５質量％以下、例えば４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下、又は、１質量％以下の重炭酸塩を含むことができる。このように、研磨組成物は、重炭酸塩を、重炭酸塩に関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０５質量％〜１質量％、０．１質量％〜４質量％、０．２５質量％〜３質量％又は０．５質量％〜２質量％の重炭酸塩を含むことができる。
研磨組成物は、随意に水酸化カリウムをさらに含む。研磨組成物は任意の適量の水酸化カリウムを含むことができる。通常、研磨組成物は、０．０５質量％以上、例えば０．１質量％以上、又は、０．２５質量％以上の水酸化カリウムを含むことができる。代わりに又は加えて、研磨組成物は、２質量％以下、例えば１．５質量％以下、１質量％以下、０．８質量％以下、又は、０．６質量％以下の水酸化カリウムを含むことができる。このように、研磨組成物は、水酸化カリウムを、水酸化カリウムに関して記載した上記の任意の２つの末端により限定される量で含むことができる。例えば研磨組成物は０．０５質量％〜１質量％、０．１質量％〜２質量％、０．１質量％〜１質量％、又は、０．２５質量％〜０．８質量％の水酸化カリウムを含むことができる。
研磨組成物は、随意に１種以上の他の添加剤をさらに含む。このような添加剤としては、任意の適切な分散剤が挙げられ、例えばホモポリマー又はランダム、ブロックもしくはグラジエントアクリレートコポリマーであって、１種以上のアクリルモノマーを含むもの（例えばポリアクリレート、ポリメタクリレート、ビニルアクリレート及びスチレンアクリレート）、それらの組み合わせ及びそれらの塩である。他の適切な添加剤としては殺生物剤が挙げられる。殺生物剤は任意の適切な殺生物剤、例えばイソチアゾーリノン殺生物剤であることができる。
本発明の研磨組成物は任意の適切な技術により調製でき、その多くは当業者に知られている。研磨組成物はバッチ又は連続プロセスで調製できる。一般に、研磨組成物はその成分を任意の順序で混合することにより調製できる。本明細書中で使用するときに、用語「成分」は個々の要素（例えばシリカ、シリコンの除去速度を増加させる化合物、テトラアルキルアンモニウム塩など）、並びに、要素（例えばシリカ、シリコンの除去速度を増加させる化合物、テトラアルキルアンモニウム塩、バッファーなど）の任意の組み合わせを包含する。
例えば１つの実施形態において、シリカは水中に分散されうる。有機カルボン酸、アミノホスホン酸、及びテトラアルキルアンモニウム塩を添加し、そして研磨組成物中に成分を取り込むことができる任意の方法により混合することができる。シリコンの除去速度を増加させる他の化合物は、同様に、研磨組成物の調製に使用されうる。研磨組成物は、使用の直前（例えば使用の７日前以内、又は、使用の１時間前以内、又は、使用の１分前以内）に、ｐＨ調節成分などの１種以上の成分を研磨組成物に添加して、使用前に調製できる。研磨組成物は、また、研磨操作の間に基材の表面で成分を混合することによっても調製されうる。
研磨組成物は、また、使用前に適量の水で希釈されることが意図された濃縮物としても提供されうる。このような実施形態において、研磨組成物濃縮物は、適量の水による濃縮物の希釈時に、研磨組成物の各成分が各成分に関して上述した適切な範囲の量で研磨組成物中に存在するように、例えばシリカ、シリコンの除去速度を増加させる化合物（１種又は複数種）、テトラアルキルアンモニウム塩及び水を含むことができる。例えばシリコンの除去速度を上げる研磨性化合物（１種又は複数種）及びテトラアルキルアンモニウム塩は、濃縮物を等体積の水（例えばそれぞれ２倍等体積の水、３倍等体積の水、４倍等体積の水、９倍等体積の水又は１４倍等体積の水）により希釈したときに、研磨組成物中の各成分が各成分に関して上述した範囲内の量で存在するように、各成分に関して上述した濃度よりも２倍（例えば３倍、４倍、５倍、１０倍又は１５倍）高い量で濃縮物中に存在することができる。さらに、当業者に理解されるとおり、濃縮物は最終研磨組成物中に存在する水の適切な分率で水を含むことができ、それにより、シリコンの除去速度を増加させる化合物（１種又は複数種）及び他の適切な添加剤が濃縮物中に少なくとも部分的に又は完全に溶解されるようにすることができる。
本発明は、（ｉ）本明細書中に記載された研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること、（ｉｉ）基材に対して研磨パッドを研磨組成物を介在させて動かすこと、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部を磨り減らして、基材を研磨することを含む、基材の化学機械研磨方法をさらに提供する。
本発明の研磨組成物を用いていかなる基材を研磨することもできるが、研磨組成物はシリコンを含む基材、例えばエレクトロニクス産業に使用されるシリコンウェハの研磨に特に有用である。この点に関し、シリコンは、ドーピングされていないシリコンでも、又は、例えばホウ素又はアルミニウムによりドーピングされたｐ−型シリコンのように、ドーピングされたシリコンであってもよい。さらに、シリコンはポリシリコンであることができる。本発明の研磨組成物及びその使用方法は、ダイアモンドソー及び粗グラインディングによりシリコン単結晶から製造されるようなシリコンウェハの事前研磨又は最終研磨、並びに、シリコンウェハの縁研磨及び研磨によるシリコンウェハの再生利用における使用に適する。
有利には、本発明の研磨方法は、ダイアモンドソーで切ったシリコンウェハのラッピング及びエッチングの後に、シリコンウェハを研磨するのに使用される際に、改良されたナノトポグラフィーを示す。化学機械研磨の間のナノトポログラフィーの変化を測定するための１つの方法はパラメータΔＲｚ／ｄの値を決定することであり、ここで、Ｒｚはプロファイルの平均最大高さであり、ΔＲｚは１つの時点から別の時点、例えば化学機械研磨の前及び後でのＲｚの変化であり、そしてｄは同じ時間スパンにわたってミクロンとして除去される材料の量であり、結果をナノメートルとして表現している。図を参照し、Ｒｍａｘは所与のサンプリング長さＬにおける最も高いピークから谷への高さを表し、そしてＲｚは５つの隣接するサンプリング長さにおける５つのＲｍａｘ値の平均を表す。サンプリング長さＬは約５ｍｍである。Ｒｍａｘ（Ｒｚの計算を可能にする）を測定するための適切な技術としては針形状測定、光学形状測定及び原子間力顕微鏡が挙げられる。針形状測定及び光学形状測定のために適切な計器はＶｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ （Ｐｌａｉｎｖｉｅｗ，ＮＹ）から入手可能である。望ましくは、本発明の研磨方法では約０以下であるΔＲｚ／ｄとなり、すなわち、基材ナノトポグラフィーは本発明の研磨方法の使用後に無変化であるか又は改良されている。
本発明の研磨方法は化学機械研磨装置と組み合わせて使用するのに特に適している。通常、装置は使用時に動きそして環状、直線又は円形運動から生じる速度を有する平板、平板と接触しておりそして運動時に平板とともに動く研磨パッド、及び、研磨パッドの表面に対して基材を接触させそして動かすことにより研磨される基材を保持するキャリアを含む。基材の研磨は、基材を研磨パッド及び本発明の研磨組成物と接触させ、その後、基材に対して研磨パッドを動し、それにより、基材の少なくとも一部を磨り減らして、基材を研磨することにより行う。
化学機械研磨組成物を用いて任意の適切な研磨パッド（例えば研磨表面）により基材を研磨することができる。適切な研磨パッドとしては、例えば織物研磨パッド及び不織布研磨パッドが挙げられる。さらに、適切な研磨パッドは種々の密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮時に反発する能力及び圧縮弾性率の任意の適切なポリマーを含むことができる。適切なポリマーとしては、例えばポリ塩化ビニル、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、それらの共生成品及びそれらの混合物が挙げられる。硬質ポリウレタン研磨パッドは本発明の研磨方法との組み合わせで特に有用である。
望ましくは、化学機械研磨装置は現場研磨終点検知装置をさらに含み、その多くは当該技術分野において知られている。研磨される基材の表面から反射される光又は他の放射線を分析することにより研磨プロセスを検査しそしてモニタリングする技術は当該技術分野において知られている。このような方法は、例えば米国特許第５，１９６，３５３号、同第５，４３３，６５１号、同第５，６０９，５１１号、同第５，６４３，０４６号、同第５，６５８，１８３号、同第５，７３０，６４２号、同第５，８３８，４４７号、同第５，８７２，６３３号、同第５，８９３，７９６号、同第５，９４９，９２７号及び同第５，９６４，６４３号明細書に記載されている。望ましくは、研磨される基材に関する研磨プロセスの進行の検査又はモニタリングにより、研磨の終点の決定、すなわち、特定の基材に対して研磨プロセスを止める時の決定が可能になる。
ある実施形態において、本発明の方法はシリコンウェハの縁の研磨方法を提供し、ここで、その縁はシリコンから本質的になる。別の実施形態において、本発明の方法はウェハの縁の研磨方法を提供し、ここで、その縁はシリコン及び酸化シリコンから本質的になる表面を有する。縁研磨は当該技術分野においてよく知られている技術を用いて行うことができる。例えば縁研磨はＳｐｅｅｄＦａｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋａｎａｇａｗａ，Ｊａｐａｎにより供給される縁研磨機を用いて行うことができる。
有利には、シリコンウェハの縁がシリコンから本質的になり又はシリコン及び酸化シリコンから本質的なる、シリコンウェハの縁を研磨するために使用するときに、改良されたチャッキングマーク性能を示す。縁研磨において、シリコンウェハは、通常、ウェハの裏面に取り付けられる真空チャックを用いて保持される。真空はしばしば研磨の間にウェハの裏に研磨組成物を引き付け、そこでそれが乾燥することができる。乾燥した残留物はチャッキングマークと呼ばれる。もし、研磨組成物の乾燥により生じる残留物が容易に除去されなければ、ウェハは研磨後に追加のクリーニング工程を必要とすし、それにより、製造コストが追加されるであろう。望ましくは、本発明の方法は乾燥した白色残留物でありそしてウェハのさらなる加工の間に容易に除去されるチャックマークを残す。
有利には、本発明の方法は、本質的にシリコンからなるウェハ縁を研磨するために使用されるときに、改良された除去速度をさらに提供し、それにより、ウェハの生産処理能力を改良する。さらに、シリコン及び酸化シリコンから本質的なるウェハを研磨するために使用されるときに、本発明の方法はシリコンと比較して酸化シリコンの除去速度の改良を示し、それにより、ウェハ縁の均一な研磨をもたらす。
下記の実施例は本発明をさらに例示するが、もちろん、その範囲をいかようにも限定するものと解釈されるべきでない。
例１
本例は本発明の研磨組成物により達成されうる、シリコン基材に対して観測される除去速度及び表面粗さに対する有機カルボン酸、アミノホスホン酸、及びテトラアルキルアンモニウム塩の効果を示す。
１０２ｃｍ（４インチ）直径円形シリコンウェハを含む７つの同様の基材を７つの異なる研磨組成物（研磨組成物１Ａ〜１Ｇ）を用いて研磨した。すべての研磨組成物は、ｐＨ１０．５にて、１質量％の湿式法シリカ（研磨組成物１Ａ、１Ｂ、１Ｄ及び１Ｆ）又はヒュームドシリカ（研磨組成物１Ｃ、１Ｅ及び１Ｇ）、０．２７質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び０．０５質量％の重炭酸カリウムを水中に含んでいた。研磨組成物１Ａ（比較）は０．０１７質量％のエチレンジアミン四酢酸、及び０．０６７質量％のピペラジンをさらに含んでいた。組成物１Ｂ〜１Ｇは０．０３３質量％のジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）及び有機カルボン酸をさらに含み、その有機カルボン酸は０．０８質量％のマロン酸（研磨組成物１Ｂ及び１Ｃ）、０．０６７質量％の乳酸（研磨組成物１Ｄ及び１Ｅ）又は０．１０７質量％のリンゴ酸（研磨組成物１Ｆ及び１Ｇ）のいずれかであった。
研磨に続いて、シリコンの除去速度及びナノトポグラフィーの変化の大きさであるΔＲｚ／ｄを各々の研磨組成物に対して決定した。結果を表１に要約する。
Figure 2013527985
表１に示す結果から明らかなとおり、本発明の研磨組成物は比較の研磨組成物により示される除去速度の約７９％〜８８％であるシリコン除去速度を示したが、本発明の研磨組成物は研磨により生じる表面粗さの変化が約０．２ｎｍの表面粗さの減少（研磨組成物１Ｆ）から約０．４ｎｍの表面粗さの増加（研磨組成物１Ｄ及び１Ｅ）の範囲であることを示し、一方、比較の研磨組成物は約６ｎｍの表面粗さの増加を示した。
例２
本例は本発明の研磨組成物により達成されうる、シリコン基材に対して観測される除去速度及び表面粗さに対する有機カルボン酸、ポリアミノカルボン酸、及びテトラアルキルアンモニウム塩の効果を示す。
１０２ｃｍ（４インチ）直径円形シリコンウェハを含む３つの同様の基材を３つの異なる研磨組成物（研磨組成物２Ａ〜２Ｃ）を用いて研磨した。研磨組成物２Ａ（比較）は、１質量％の湿式法シリカ、０．０１６７質量％のエチレンジアミン四酢酸、０．０６７質量％のピペラジン、０．２７質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び０．０５質量％の重炭酸カリウムを含んでいた。研磨組成物２Ｂ（本発明）は０．８５質量％の湿式法シリカ、０．０２質量％のエチレンジアミン四酢酸、０．０８３質量％のシュウ酸、０．２質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び０．１質量％の重炭酸カリウムを含んでいた。研磨組成物２Ｃ（本発明）は０．５３質量％の湿式法シリカ、０．０１６７質量％のエチレンジアミン四酢酸、０．００７質量％のシュウ酸、０．０６７質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び０．０５質量％の重炭酸カリウムを含んでいた。
研磨に続いて、シリコンの除去速度及びナノトポグラフィーの変化の大きさであるΔＲｚ／ｄを各々の研磨組成物に対して決定した。結果を表２に要約する。
Figure 2013527985
表２に示す結果から明らかなとおり、本発明の研磨組成物は比較の研磨組成物により示される除去速度の約８２％〜８８％であるシリコン除去速度を示したが、比較の研磨組成物での研磨により生じる表面粗さが約４ｎｍの増加であることを示したのと比較して、本発明の研磨組成物は、研磨により生じる表面粗さが約４ｎｍ及び７ｎｍの減少であることを示した。
例３
本例は本発明の研磨組成物により達成されうる、シリコン基材に対して観測される除去速度及び表面粗さに対する有機カルボン酸、ポリアミノカルボン酸、アミン及びテトラアルキルアンモニウム塩の効果を示す。
１０２ｃｍ（４インチ）直径円形シリコンウェハを含む２つの同様の基材を２つの異なる研磨組成物（研磨組成物３Ａ及び３Ｂ）を用いて研磨した。研磨組成物３Ａ及び３Ｂは、１質量％の湿式法シリカ、０．０１６７質量％のエチレンジアミン四酢酸、０．０６７質量％のピペラジン、０．２７質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び０．０５質量％の重炭酸カリウムを含んでいた。研磨組成物３Ｂ（本発明）は０．０３３質量％のベンジル酸をさらに含んでいた。
研磨に続いて、シリコンの除去速度及びナノトポグラフィーの変化の大きさであるΔＲｚ／ｄを各々の研磨組成物に対して決定した。結果を表２に要約する。
Figure 2013527985
表３に示す結果から明らかなとおり、本発明の研磨組成物は比較の研磨組成物により示される除去速度の約４２％であるシリコン除去速度を示したが、比較の研磨組成物での研磨により生じる表面粗さが約６ｎｍの増加であることを示したのと比較して、本発明の研磨組成物は、研磨により生じる表面粗さが約６ｎｍの減少であることを示した。
例４
本例は本発明の研磨組成物により達成されうる、シリコン基材に対して観測される除去速度及び表面粗さに対するジオール化合物、ポリアミノカルボン酸、アミン及びテトラアルキルアンモニウム塩の効果を示す。
１０２ｃｍ（４インチ）直径円形シリコンウェハを含む２つの同様の基材を２つの異なる研磨組成物（研磨組成物４Ａ及び４Ｂ）を用いて研磨した。研磨組成物４Ａ及び４Ｂは、１質量％の湿式法シリカ、０．０１６７質量％のエチレンジアミン四酢酸、０．０６７質量％のピペラジン、０．２７質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び０．０５質量％の重炭酸カリウムを含んでいた。研磨組成物３Ｂ（本発明）は０．０３３質量％の２，４−ペンタンジオール（すなわち、ジオール化合物）をさらに含んでいた。
研磨に続いて、シリコンの除去速度及びナノトポグラフィーの変化の大きさであるΔＲｚ／ｄを各々の研磨組成物に対して決定した。結果を表４に要約する。
Figure 2013527985
表４に示す結果から明らかなとおり、本発明の研磨組成物は比較の研磨組成物により示される除去速度の約８２％であるシリコン除去速度を示したが、比較の研磨組成物での研磨により生じる表面粗さが約０．５ｎｍの減少であることを示したのと比較して、本発明の研磨組成物は、研磨により生じる表面粗さが約５ｎｍの減少であることを示した。
例５
本例は本発明の実施形態のチャッキングマーク性能を示す。
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のシートを含む２つの別々の基材に２つの異なる研磨組成物（研磨組成物５Ａ及び５Ｂ）を噴霧した。研磨組成物５Ａ（比較）は０．０４質量％のアミノホスホン酸、０．２質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．１質量％の重炭酸カリウム、０．０４４質量％のシュウ酸、及び０．８５質量％の湿式法シリカを含んでいた。研磨組成物５Ｂ（本発明）は０．０２質量％のアミノホスホン酸、０．１３質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．７質量％の重炭酸カリウム、０．０４質量％の水酸化カリウム、０．０２２質量％の乳酸、及び０．６７質量％の湿式法シリカを含んでいた。
噴霧の後に、組成物を乾燥させた。研磨組成物５Ａはゲル化した残留物を残した。研磨組成物５Ｂは乾燥した白色残留物を残した。
例６
本例は本発明の研磨組成物により達成されうるシリコン除去速度を示す。
２つの別々のシリコン基材を２つの異なる研磨組成物（研磨組成物６Ａ及び６Ｂ）を用いて研磨した。研磨組成物６Ａ及び６Ｂは０．０２質量％のアミノホスホン酸、０．１３質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．７質量％の重炭酸カリウム、０．０４質量％の水酸化カリウム及び０．０２２質量％の乳酸を含んでいた。研磨組成物６Ａはさらに１０．０質量％の湿式法シリカ、すなわち、Ｎａｌｃｏ ＤＶＳＴＳ００６を含んでいた。研磨組成物６Ｂはさらに１０．０質量％の異なる湿式法シリカ、すなわち、Ｎａｌｃｏ ＴＸ１１００５を含んでいた。
研磨に続いて、シリコンの除去速度を、１分間の研磨あたりに除去されるシリコンのｍｇで決定した。研磨組成物６Ａは１３．５ｍｇＳｉ／分のシリコン除去速度を示した。研磨組成物６Ｂは１４．２ｍｇＳｉ／分のシリコン除去速度を示した。
例７
本例は本発明の研磨組成物により達成されうるシリコン除去速度を示す。
２つの別々のシリコン基材を２つの異なる研磨組成物（研磨組成物７Ａ及び７Ｂ）を用いて研磨した。研磨組成物７Ａは０．００４質量％のアミノホスホン酸、０．０２７質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．００７質量％の重炭酸カリウム、０．０８質量％の水酸化カリウム、０．０１３質量％の乳酸、及び１．２質量％のヒュームドシリカを含んでいた。研磨組成物７Ｂは０．００４質量％のアミノホスホン酸、０．０５３質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．０１３質量％の重炭酸カリウム、０．０８質量％の水酸化カリウム、０．０２７質量％の乳酸、及び１．２質量％のヒュームドシリカを含んでいた。
研磨に続いて、シリコンの除去速度を、１分間の研磨あたりに除去されるシリコンのｍｇで決定した。研磨組成物７Ａは１１．２ｍｇＳｉ／分のシリコン除去速度を示した。研磨組成物７Ｂは１１．８ｍｇＳｉ／分のシリコン除去速度を示した。
例８
本例は本発明の研磨組成物により達成されうる酸化シリコン除去速度を示す。
２つの別々の酸化シリコン基材を２つの異なる研磨組成物（研磨組成物８Ａ及び８Ｂ）を用いて研磨した。酸化シリコンはテトラエチルオルトシリケートから誘導された。研磨組成物８Ａは０．０１５質量％のアミノホスホン酸、０．１質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．０２５質量％の重炭酸カリウム、０．３質量％の水酸化カリウム、０．０５質量％の乳酸、及び４．４質量％のヒュームドシリカを含んでいた。研磨組成物８Ｂは０．０１５質量％のアミノホスホン酸、０．２質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、０．０５質量％の重炭酸カリウム、０．３質量％の水酸化カリウム、０．１質量％の乳酸、及び４．３質量％のヒュームドシリカを含んでいた。
研磨に続いて、酸化シリコンの除去速度を、１分間の研磨あたりに除去されるシリコンのｍｇで決定した。研磨組成物８Ａは２．７ｍｇＳｉＯ／分の酸化シリコン除去速度を示した。研磨組成物８Ｂは４．９ｍｇＳｉＯ／分の酸化シリコン除去速度を示した。
本発明の好ましい実施形態を本明細書中に記載し、その中には、本発明を実施するための発明者が知っている最良の形態を含む。好ましい実施形態の変更は上述の記載を読んだときに当業者に明らかになるであろう。本発明の発明者は当業者がこのような変更を適宜使用することを期待し、そして発明者は本明細書中に具体的に記載したものとは異なって発明が実施されることを意図している。したがって、本発明は適用可能な法によって認められるとおりの添付の特許請求の範囲に記載される対象のすべての変更及び均等を包含する。さらに、そのすべての可能な変更中の上述の要素の任意の組み合わせは、本明細書中に示されておらず又は内容から明らかに矛盾していないかぎり本発明に包含される。

Claims (32)

  1. （ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：
    （ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式法シリカ、
    （ｂ）０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸、
    （ｃ）０．０００５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸、
    （ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、
    （ｅ）水酸化カリウム、
    （ｆ）随意に重炭酸塩、及び、
    （ｇ）水、
    （ｉｉ）シリコンウェハの縁に対して前記研磨パッドを、前記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと、及び、
    （ｉｉｉ）前記縁の少なくとも一部を磨り減らして、前記シリコンウェハの縁を研磨すること、
    を含む、縁がシリコンから本質的になるシリコンウェハの縁の研磨方法。
  2. 前記研磨組成物が、０．０２質量％〜５質量％の有機カルボン酸、０．０２質量％〜２質量％のアミノホスホン酸、及び０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記研磨組成物が、５質量％〜２０質量％の湿式法シリカを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記研磨組成物が、１０質量％〜１５質量％の湿式法シリカを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記湿式法シリカは平均粒子サイズが４ｎｍ〜１８０ｎｍである、請求項２に記載の方法。
  6. 前記湿式法シリカは平均粒子サイズが２０ｎｍ〜５０ｎｍである、請求項５に記載の方法。
  7. 前記研磨組成物が、０．１質量％〜２質量％の有機カルボン酸を含む、請求項２に記載の方法。
  8. 前記有機カルボン酸はヒドロキシカルボン酸である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記有機カルボン酸は乳酸、シュウ酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記研磨組成物が、０．１質量％〜１質量％のアミノホスホン酸を含む、請求項２に記載の方法。
  11. 前記アミノホスホン酸はエチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記アミノホスホン酸はアミノトリ（メチレンホスホン酸）である、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記研磨組成物が、重炭酸塩を含み、前記重炭酸塩は重炭酸カリウムである、請求項２に記載の方法。
  14. 前記研磨組成物が、ｐＨが８〜１０である、請求項２に記載の方法。
  15. 前記研磨組成物が、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になる、請求項１に記載の方法：
    （ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式法シリカ、
    （ｂ）０．０１質量％〜５質量％の、乳酸、シュウ酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる有機カルボン酸、
    （ｃ）０．０００５質量％〜２質量％の、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれるアミノホスホン酸、
    （ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、
    （ｅ）０．０５質量％〜２質量％の水酸化カリウム、
    （ｆ）０．０５質量％〜５質量％の重炭酸カリウム、及び、
    （ｇ）水。
  16. （ｉ）下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になり、かつｐＨが７〜１１である化学機械研磨組成物、及び研磨パッドと、基材を接触させること：
    （ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカ、
    （ｂ）０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸、
    （ｃ）０．０００５質量％〜１質量％のアミノホスホン酸、
    （ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩、
    （ｅ）随意に重炭酸塩、
    （ｆ）随意に水酸化カリウム、及び、
    （ｇ）水、
    （ｉｉ）ウェハの縁に対して前記研磨パッドを、前記化学機械研磨組成物を介在させて動かすこと、及び、
    （ｉｉｉ）前記縁の少なくとも一部を磨り減らして、前記ウェハの縁を研磨すること、
    を含む、縁がシリコン及び酸化シリコンから本質的になる表面を有するウェハの縁の研磨方法。
  17. 前記研磨組成物が、０．０２質量％〜５質量％の有機カルボン酸、０．０２質量％〜２質量％のアミノホスホン酸、及び０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩を含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記シリカはヒュームドシリカである、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記研磨組成物が、５質量％〜２０質量％のシリカを含む、請求項１７に記載の方法。
  20. 前記研磨組成物が、１０質量％〜１５質量％のシリカを含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記シリカは平均粒子サイズが４ｎｍ〜１８０ｎｍである、請求項１７に記載の方法。
  22. 前記シリカは平均粒子サイズが２０ｎｍ〜５０ｎｍである、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記研磨組成物が、０．１質量％〜２質量％の有機カルボン酸を含む、請求項１７に記載の方法。
  24. 前記有機カルボン酸はヒドロキシカルボン酸である、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記有機カルボン酸は乳酸、シュウ酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記研磨組成物が、０．１質量％〜１質量％のアミノホスホン酸を含む、請求項１７に記載の方法。
  27. 前記アミノホスホン酸はエチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記アミノホスホン酸はアミノトリ（メチレンホスホン酸）である、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記研磨組成物が、重炭酸塩を含み、前記重炭酸塩は重炭酸カリウムである、請求項１７に記載の方法。
  30. 前記研磨組成物が、水酸化カリウムを含む、請求項１７に記載の方法。
  31. 前記研磨組成物が、ｐＨが８〜１０である、請求項１７に記載の方法。
  32. 前記研磨組成物が、下記（ａ）〜（ｇ）から本質的になる、請求項１６に記載の方法：
    （ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式法シリカ、
    （ｂ）０．０１質量％〜５質量％の、乳酸、シュウ酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる有機カルボン酸、
    （ｃ）０．０００５質量％〜２質量％の、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれるアミノホスホン酸、
    （ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、
    （ｅ）０．０５質量％〜２質量％の水酸化カリウム、
    （ｆ）０．０５質量％〜５質量％の重炭酸カリウム、及び、
    （ｇ）水。
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