JP2014505358A - ポリシリコンの研磨用組成物及び研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本発明はシリカと、アミノホスホン酸と、多糖と、テトラアルキルアンモニウム塩と、重炭酸塩と、アゾール環と、水とを含有する研磨用組成物であって、ｐＨ７〜１１を有する研磨用組成物を提供する。本発明は更にこの研磨用組成物を用いた研磨方法を提供する。
Description
電子機器に使用されているシリコンウェハーは、一般的に単結晶シリコンの鋳塊から得られる。この単結晶シリコンの鋳塊は、まずダイヤモンドの鋸を用いて薄いウェハーにスライスされ、平坦性を改善するために粗研磨され、粗研磨による表面下のダメージを取り除くためにエッチングされる。次にこのシリコンウェハーは、電子機器への使用が可能となる前に、エッチングにより生じたナノトポグラフィーを取り除き、所望の厚さを得る、２段階のプロセスで一般的に研磨される。
最初の研磨段階においては高い除去率が求められ、かつ、この段階においてナノトポグラフィーを悪化させないことが理想的である。ナノトポグラフィーはある領域の前面のトポロジーを測定する指標であり、０．２〜２０ｍｍの空間波長の範囲内で表面の偏位として定義される。ナノトポグラフィーにおいては、ウェハー表面の平坦性はそのウェハーの表面自身に対して測定される一方、表面の平坦性においては、そのウェハー表面の平坦性はそのウェハーを固定する平坦なチャックに対して測定されるという点において、ナノトポグラフィーは表面の平坦性とは異なる。従って、ウェハーは完全な平坦性を有することができるが、なおナノトポグラフィーを有する可能性がある。ウェハーがその前面と裏面に表面の不規則性を有するが前面と裏面が平行である場合、そのウェハーは完全な平坦性を有する。しかしながら、その同一のウェハーはナノトポグラフィーを示す。ナノトポグラフィーは、空間周波数におけるウェハー表面の不規則性のトポロジーマップにおいて、粗さと平坦さとのギャップを埋める。
従来のシリコンウェハー研磨用組成物は、高いシリコン除去率を示すが、シリコンウェハーのナノトポグラフィーを増大させる。この増大したナノトポグラフィーは、半導体基板への更なる処理に適したシリコンウェハーを製造する第二の最終研磨段階の要求を高める。
それに加えて、シリコンウェハーのエッジは処理装置及び輸送容器に接触した状態になりうるため、ウェハーのエッジ表面にクラック又は切り欠きを生ずる可能性がある。クラックや切り欠きによって微粒子が生じることがあり、これは更なる処理を阻害することがある。超微粒子によるシリコンウェハーの汚れは、エッジの粗い表面にもまた生じることがあり、その粒子は処理の間放出され、そのウェハー表面を汚染することがある。従って、ウェハーの最外部周辺のエッジは一般的に面取りされ、次いでウェハー処理の早期段階で鏡面研磨される。更に、いくつかの処理において、シリコンウェハーは酸化ケイ素の保護層を形成するために一面が酸化されるため、ウェハーのエッジの一部は酸化ケイ素を含む。シリコン研磨用組成物はエッジの研磨に使用することができる一方、一般的に、シリコンウェハーのエッジ研磨には表面研磨より高い除去率が求められる。シリコン上と同様に酸化ケイ素上でも有用な除去率を示す適切なエッジ研磨用組成物が望まれている。
エレクトロニクス産業における基板は一般的に高い集積度を有し、この基板は多層相互接続構造を含む。基板上の層及び構造は一般的に多岐にわたる物質を含み、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、銅、及び／又はタンタル等である。これらの基板は、最終的な多層相互接続構造を形成するために化学機械平坦化を含む様々な処理段階を要するため、目的の用途に応じて、特定の物質に選択的な研磨用組成物及び方法を活用することが多くの場合非常に望まれている。例えば、基板がテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ポリシリコン、及び窒化ケイ素を含む場合、ポリシリコンの除去率がＴＥＯＳ及び窒化ケイ素の除去率と比較して高いように、ＴＥＯＳ及び窒化ケイ素に対してポリシリコンを選択的に研磨することが非常に望まれることがある。ある物質の他の物質に対する研磨選択性は有益であるが、除去率の増大により望ましくない物質の薄肉化やディッシングを生ずることがある。
したがって、改善されたシリコンウェハー研磨用組成物に対する技術的要求が残っている。
本発明は、（ａ）シリカと、（ｂ）シリコンの除去率を向上させる化合物と、（ｃ）テトラアルキルアンモニウム塩と、（ｄ）水とを含む研磨用組成物であって、ｐＨ７〜１１を有する研磨用組成物を提供する。
本発明の化学機械研磨用組成物の第一実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の有機カルボン酸と、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に１種若しくは以上の重炭酸塩と、（ｆ）任意に水酸化カリウムと、（ｇ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｇ）からなる化学機械研磨用組成物を含み、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の化学機械研磨用組成物の第二実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のポリアミノカルボン酸と、（ｃ）０．０５質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のアミンと、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．００１質量％〜１質量％の１種若しくはそれ以上のジオール化合物と、（ｆ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｇ）からなる化学機械研磨用組成物を含み、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の化学機械研磨用組成物の第三実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のポリアミノカルボン酸と、（ｃ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の有機カルボン酸と、（ｅ）任意に０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のアミンと、（ｆ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｇ）からなる化学機械研磨用組成物を含み、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の化学機械研磨用組成物の第四実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の含窒素複素環化合物と、（ｃ）０．０５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｆ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｆ）からなる化学機械研磨用組成物を含み、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の化学機械研磨用組成物の第五実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．００５質量％〜２質量％の１種又はそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｃ）０．００１質量％〜０．１質量％の１種又はそれ以上の多糖と、（ｄ）０．０５質量％〜５質量％の１種又はそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．０１質量％〜２質量％の１種又はそれ以上の重炭酸塩と、（ｆ）０．００５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアゾール環を含む化合物と、（ｇ）任意に水酸化カリウムと、（ｈ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｈ）からなる化学機械研磨用組成物を含み、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
また、本発明は本発明の化学機械研磨用組成物を用いた基板の化学機械研磨方法を提供する。
本発明の基板の化学機械研磨方法の第一実施形態は、（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含み、該化学機械組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の有機カルボン酸と、（ｃ）０．０２質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｆ）任意に水酸化カリウムと、（ｇ）水とから本質的になり又は前記（ａ）〜（ｇ）からなり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の基板の化学機械研磨方法の第二実施形態は、（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含み、該化学機械研磨用組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のポリアミノカルボン酸と、（ｃ）０．０５質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のアミンと、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．００１質量％〜１質量％の１種若しくはそれ以上のジオール化合物と、（ｆ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になり又は前記（ａ）〜（ｇ）からなり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の基板の化学機械研磨方法の第三実施形態は、（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含み、該化学機械研磨用組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のポリアミノカルボン酸と、（ｃ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の有機カルボン酸と、（ｅ）任意に０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のアミンと、（ｆ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になり又は前記（ａ）〜（ｇ）からなり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の基板の化学機械研磨方法の第四実施形態は、（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含み、該化学機械研磨用組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の含窒素複素環化合物と、（ｃ）０．０５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｆ）水とから本質的になり又は前記（ａ）〜（ｆ）からなり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明の基板の化学機械研磨方法の第五実施形態は、（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含み、該化学機械研磨用組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．００５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｃ）０．００１質量％〜０．１質量％の１種若しくはそれ以上の多糖と、（ｄ）０．０５質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．０１質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上の重炭酸塩と、（ｆ）０．００５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアゾール環を含む化合物と、（ｇ）任意に水酸化カリウムと、（ｈ）水とから本質的になり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明は更にシリコンウェハーのエッジであって本質的にケイ素からなるエッジを研磨する方法を提供する。該方法は（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドとシリコンウェハーのエッジとの間に置いて研磨パッドをシリコンウェハーのエッジに対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、シリコンウェハーのエッジを研磨する工程とを含み、該化学機械組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式処理シリカと、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の有機カルボン酸と、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）水酸化カリウムと、（ｆ）任意に重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明は加えてウェハーのエッジであって本質的にケイ素及び酸化ケイ素からなる表面を有するエッジを研磨する方法を提供する。該方法は（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドとウェハーのエッジとの間に置いて研磨パッドをウェハーのエッジに対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、エッジを研磨する工程とを含み、該化学機械組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の１種若しくはそれ以上の有機カルボン酸と、（ｃ）０．０００５質量％〜１質量％のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に重炭酸塩と、（ｆ）任意に水酸化カリウムと、（ｇ）水とから本質的になり、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する。
本発明は、（ａ）シリカと、（ｂ）１種又はそれ以上のシリコンの除去率を向上させる化合物と、（ｃ）テトラアルキルアンモニウム塩と、（ｄ）水とを含む研磨用組成物であって、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する研磨用組成物を提供する。
このシリカは、湿式処理タイプのシリカ、フュームドシリカ、又はこれらの組み合わせ等、任意の適する形状のシリカとすることができる。例えば、シリカは湿式処理タイプのシリカ粒子（例えば、縮合重合又は沈殿シリカ粒子）を含むことができる。縮合重合シリカ粒子は一般的にＳｉ（ＯＨ）４を縮合してコロイド粒子を形成することにより得られ、該コロイド粒子は平均粒子サイズ１ｎｍ〜１０００ｎｍを有すると定義される。このような研磨剤粒子は、米国特許第５２３０８３３号明細書に基づいて、又は任意の様々な市販製品から得られる。任意の様々な市販製品は、例えばＡｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ Ｂｉｎｄｚｉｌ ５０／８０製品、Ｎａｌｃｏ ＤＶＳＴＳ００６製品、及び扶桑化学工業社 ＰＬ−２製品等で、ＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、日産化学、及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の類似の製品も同様である。
シリカは、フュームドシリカ粒子を含むことができる。フュームドシリカ粒子はフュームドシリカを製造するための加水分解による発熱処理、及び／又は高温の炎（Ｈ２／空気又はＨ２／ＣＨ４／空気）中での前駆体の酸化により、揮発性前駆体（例えば、ハロゲン化ケイ素）から製造することができる。液滴発生装置を用いて前駆体を含む溶液を高温の炎に噴射することができ、次いで金属酸化物を収集することができる。一般的な液滴発生装置は二流体噴霧器、高圧スプレーノズル及び超音波噴霧器を含む。適切なフュームドシリカ製品はキャボット、トクヤマ、及びデグサ等の製造者から市販に入手可能である。
シリカは如何なる適切な平均粒子サイズ（即ち、平均粒子径）も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。代替的に、又はそれに加えて、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。したがって、シリカは上記終点のいずれか二つに渡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。非球形シリカ粒子において、粒子のサイズはその粒子を取り囲む最も小さな球体の直径を意味する。
研磨用組成物は如何なる適量のシリカも含むことができる。一般的に、研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は２０質量％以下、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。したがって、研磨用組成物はシリカについて列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量のシリカを含むことができる。例えば、研磨用組成物は０．５質量％〜２０質量％、１質量％〜１５質量％、５質量％〜１５質量％、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的に安定である。該用語コロイドは液体の担体中におけるシリカ粒子の懸濁液を意味する。コロイドの安定性はこの懸濁液の経時的な維持を意味する。本発明の文脈上、研磨剤とは、その研磨剤が１００ｍｌのメスシリンダー内に置かれ２時間撹拌することなく静置された場合に、メスシリンダーの底部５０ｍｌにおける粒子の濃度（ｇ／ｍｌを単位とする［Ｂ］）と、メスシリンダーの上部５０ｍｌにおける粒子の濃度（ｇ／ｍｌを単位とする［Ｔ］）との差を、研磨剤組成物の初期の粒子濃度（ｇ／ｍｌを単位とする［Ｃ］）で除した値が０．５以下（即ち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）の場合、コロイド的に安定であるという。より好ましくは、［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値が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。水は、研磨剤粒子、シリコンの除去率を向上させる化合物、及び他の添加物の、研磨又は平坦化される適当な基板の表面への適用を促進するために使用される。水は脱イオン化された水が好ましい。
研磨用組成物は１１以下（例えば、１０以下）のｐＨを有する。好ましくは、研磨用組成物は７以上（例えば、８以上）のｐＨを有する。より好ましくは、研磨用組成物は７〜１１（例えば、８〜１０）のｐＨを有する。研磨用組成物は任意に、例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、及び／又は硝酸等のｐＨ調整剤を含む。研磨用組成物はまた任意にｐＨ緩衝系を含む。そのようなｐＨ緩衝系の多くは本技術分野でよく知られている。ｐＨ緩衝剤は、例えば、重炭酸−炭酸塩緩衝系、アミノアルキルスルホン酸及び同種の物等、適切な緩衝剤は何れも緩衝剤とすることができる。適切な範囲内において研磨用組成物のｐＨを達成するため及び又は維持するために適量が使用されるという条件の下、研磨用組成物は任意の適量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨ緩衝剤を含むことができる。
研磨用組成物は任意に更に１種またはそれ以上の重炭酸塩を含む。重炭酸塩は例えば、重炭酸カリウム塩、重炭酸ナトリウム塩、重炭酸アンモニウム塩、又はそれらの組み合わせ等、任意の適切な重炭酸塩とすることができる。
研磨用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、研磨用組成物は０．０１質量％以上の、例えば、０．０３質量％以上、０．０５質量％以上、０．０８質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．３質量％以上、０．５質量％以上、０．７質量％以上、０．９質量％以上、１質量％以上、１．２質量％以上、１．５質量％以上、１．７質量％以上、又は１．９質量％以上のアゾール環を含む化合物を含むことができる。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は２．０質量％以下、１．８質量％以下、１．６質量％以下、１．４質量％以下、１．２質量％以下、１．０質量％以下、０．８質量％以下、０．６質量％以下、０．４質量％以下、０．２質量％以下、０．１質量％以下、０．０８質量％以下、０．０６質量％以下、０．０４質量％以下、０．０２質量％以下、又は０．０１５質量％以下のアゾール環を含む化合物を含むことができる。従って、研磨用組成物は重炭酸塩について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量の重炭酸塩を含むことができる。例えば、研磨用組成物は０．０１質量％〜２質量％、０．１質量％〜１．８質量％、０．２質量％〜１．２質量％、又は０．７質量％〜１．６質量％の重炭酸塩を含むことができる。
研磨用組成物は任意に更に水酸化カリウムを含むことができる。研磨用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。一般的に、研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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。従って、研磨用組成物は、水酸化カリウムについて列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量の水酸化カリウムを含むことができる。例えば研磨用組成物は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。
研磨用組成物は任意に更に１種又はそれ以上の他の添加物を含むことができる。そのような添加物は任意の適切な分散剤、例えば、１種又はそれ以上のアクリルモノマーを含むホモポリマー又はランダム、ブロック、若しくはグラジエントアクリレート共重合体（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又はスチレンアクリレート）、これらの組み合わせ及びこれらの塩等を含むことができる。他の適切な添加剤は殺生物剤を含む。殺生物剤は、適切な殺生物剤とすることができ、例えば、イソチアゾリノン殺生物剤である。
本発明の化学機械研磨用組成物の第一実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸と、（ｃ）０．０００５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に重炭酸塩と、（ｆ）任意に水酸化カリウムと、（ｇ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｇ）からなる化学機械研磨用組成物であって、ｐＨ７〜１１を有する研磨用組成物を提供する。
第一実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ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とすることができ、また、任意にＣ1-Ｃ１２アルキル基、アミノ基、置換アミノ基（例えば、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、及び同種のもの）、ヒドロキシル基、ハロゲン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択される基で置換されることができる。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限定的でない例は、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を含む。適切なアミノ酸の限定的でない例は、グリシン、アラニン、プロリン、リシン、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−チアゾール酢酸を含む。アミノヒドロキシ安息香酸の限定的でない例は、３−アミノサリチル酸および３−アミノ−４−ヒドロキシ安息香酸を含む。ピリジンカルボン酸の限定的でない例はピコリン酸及びニコチン酸を含む。
第一実施形態の研磨用組成物は、任意の適量の有機カルボン酸を含むことができる。研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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。従って、研磨用組成物は、有機カルボン酸について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量の有機カルボン酸を含むことができる。例えば研磨用組成物は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。
第一実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ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）、これらの塩、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。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。
第一実施形態の研磨用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。一般的に、研磨用組成物は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、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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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。従って、研磨用組成物は、アミノホスホン酸について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量のアミノホスホン酸を含むことができる。例えば研磨用組成物は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。
第一実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切なテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。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から選択されるカチオンを含む。テトラアルキルアンモニウム塩は水酸化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、硫酸イオン又は硫酸水素イオンを含むが限定的でない任意の適切なカチオンを有することができる。一実施形態においてテトラアルキルアンモニウム塩は水酸化テトラアルキルアンモニウム（例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム）である。
第一実施形態の研磨用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。一般的に、研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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％以下のアルキルアンモニウム塩を含むことができる。従って、研磨用組成物は、テトラアルキルアンモニウム塩について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる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。例えば研磨用組成物は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。
一実施形態において、研磨用組成物は（ａ）０．５質量％〜２０質量％の湿式処理シリカと、（ｂ）乳酸、シュウ酸、２−ヒドロキシ酪酸、ベンジル酸及びこれらの組み合わせからなる群から選択される０．０１質量％〜５質量％の有機カルボン酸と、（ｃ）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）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される０．０００５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．０１質量％〜５質量％の水酸化テトラアルキルアンモニウムと、（ｅ）０．０５質量％〜２質量％の水酸化カリウムと、（ｆ）０．０５質量％〜０．５質量％の重炭酸カリウムと、（ｇ）水とから本質的になる。
本発明の化学機械研磨用組成物の第二実施形態は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％のポリアミノカルボン酸と、（ｃ）０．１質量％〜５質量％のアミンと、（ｄ）０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．００１質量％〜１質量％のジオール化合物と、（ｆ）任意に重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｇ）からなり、ｐＨ７〜１１を有する化学機械研磨用組成物を提供する。
第二実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切なポリアミノカルボン酸を含む。本明細書で使用する用語ポリアミノカルボン酸は、２又はそれ以上のアミノ基及び２又はそれ以上のカルボン酸基を有する化合物を意味する。好ましくは、ポリアミノカルボン酸はエチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、Ｎ−（ヒドロキシエチル）エチレンジアミントリ酢酸、ニトリロトリ酢酸、メチルグリシン二酢酸、これらの塩、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。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テトラ酢酸又はそれらの塩（例えば、そのモノ−、ジ−、トリ−、又はテトラナトリウム塩）からなる群から選択される。
第二実施形態の研磨用組成物は、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。一般的に、研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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。従って、研磨用組成物は、ポリアミノカルボン酸について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量のポリアミノカルボン酸を含むことができる。例えば研磨用組成物は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。
第二実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切なアミンを含む。適切なアミンの限定的でない例はピペラジン、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を含む。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。
第二実施形態の研磨用組成物は任意の適量のアミンを含むことができる。一般的に、研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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。従って、研磨用組成物は、アミンについて列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量のアミンを含むことができる。例えば研磨用組成物は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。
第二実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切なテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。テトラアルキルアンモニウム塩及びそれらの量は研磨用組成物の第一実施形態について列挙されたものとすることができる。
第二実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ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及び一般的に１，２−ジオール化合物又は１，３−ジオール化合物とすることができる。一般的にジオール化合物は直鎖又は分岐鎖Ｃ２−Ｃ１０ジオール化合物である。適切な１，２−ジオール化合物の限定的でない例は、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、及びこれらの組み合わせを含む。適切な１，３−ジオール化合物の限定的でない例は、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、及びこれらの組み合わせを含む。
第二実施形態の研磨用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。一般的に、研磨用組成物は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。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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。従って、研磨用組成物は、ジオール化合物について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量のジオール化合物を含むことができる。例えば研磨用組成物は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用組成物の第三実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０１質量％〜２質量％のポリアミノカルボン酸と、（ｃ）０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｄ）０．１質量％〜５質量％の有機カルボン酸と、（ｅ）任意に０．１質量％〜５質量％のアミンと、（ｆ）任意に重炭酸塩と、（ｇ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｇ）からなり、ｐＨ７〜１１を有する化学機械研磨用組成物を含む。本発明の化学機械研磨用組成物の第三実施形態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、及びこれらの量は本発明の研磨用組成物の第一及び第二実施形態について本明細書に列挙されたものとすることができる。
本発明の化学機械研磨用組成物の第四実施形態は、（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．０２質量％〜５質量％の含窒素複素環化合物と、（ｃ）０．０５質量％〜２質量％のアミノホスホン酸と、（ｄ）０．１質量％〜５質量％のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）任意に重炭酸塩と、（ｆ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｆ）からなり、ｐＨ７〜１１を有する化学機械研磨用組成物を提供する。本発明の化学機械研磨用組成物の第四実施形態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、及びこれらの量は本発明の研磨用組成物の第一実施形態について本明細書に列挙されたものとすることができる。
第四実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切な含窒素複素環化合物を含む。本明細書で使用する用語含窒素複素環化合物は１以上の窒素原子をその環系の一部として有する５−、６−、又は７−員環化合物を意味する。一実施形態として含窒素複素環化合物はトリアゾールである。より好ましい実施形態として、含窒素複素環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限定的でない例は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−チオールを含む。他の実施形態として含窒素複素環化合物はチアゾールである。適切なチアゾールの限定的でない例は、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を含む。他の実施形態として、含窒素複素環化合物は複素環Ｎ−オキシドである。適切な複素環Ｎ−オキシドの限定的でない例は、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−オキシドを含む。
第四実施形態の研磨用組成物は任意の適量の含窒素複素環化合物を含むことができる。研磨用組成物は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％以上の含窒素複素環化合物を含むことができる。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は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％以下の含窒素複素環化合物を含むことができる。従って、研磨用組成物は、含窒素複素環化合物について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量の含窒素複素環化合物を含むことができる。例えば研磨用組成物は０．０２質量％〜５質量％、０．０５質量％〜４質量％、又は０．１質量％〜３質量％の含窒素複素環化合物を含むことができる。
本発明の化学機械研磨用組成物の第五実施形態は（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．００５質量％〜２質量％の１種又はそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｃ）０．００１質量％〜０．１質量％の１種又はそれ以上の多糖と、（ｄ）０．０５質量％〜５質量％の１種又はそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．０１質量％〜２質量％の重炭酸塩と、（ｆ）０．００５質量％〜２質量％の１種若しくはそれ以上のアゾール環を含む化合物と、（ｇ）任意に水酸化カリウムと、（ｈ）水とから本質的になる又は前記（ａ）〜（ｈ）からなり、ｐＨ７〜１１を有する化学機械研磨用組成物を提供する。本発明の化学機械研磨用組成物の第五実施形態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これらの量は、本発明の研磨用組成物の第一実施形態について本明細書に列挙されたものとすることができる。
第五実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切な多糖を含む。多糖はヒドロキシエチルセルロースとすることができる。適切な多糖の更なる限定でない例はデキストラン、カルボキシメチルデキストラン、デキストラン−スルホン酸塩、キトサン、キサンタンゴム、カルボキシメチルセルロース及びカラギーナンである。
第五実施形態の研磨用組成物は任意の適量の多糖を含むことができる。一般的に研磨用組成物は０．００１質量％以上、例えば、０．００２質量％以上、０．００３質量％以上、０．００４質量％以上、０．００５質量％以上、０．００７質量％以上、０．０１質量％以上、０．０２質量％以上、０．０３質量％以上、０．０４質量％以上、０．０５質量％以上、０．０６質量％以上、０．０７質量％以上、０．０８質量％以上、又は０．０９質量％以上の多糖を含むことができる。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は０．１質量％以下、例えば、０．０９質量％以下、０．０８質量％以下、０．０７質量％以下、０．０６質量％以下、０．０５質量％以下、０．０４質量％以下、０．０３質量％以下、０．０２質量％以下、又は０．０１質量％以下の多糖を含むことができる。従って、研磨用組成物は、多糖について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量の多糖を含むことができる。例えば研磨用組成物は０．００１質量％〜０．１質量％、０．００５質量％〜０．０９質量％、又は０．０１質量％〜０．０８質量％の多糖を含むことができる。
多糖は任意の適切な分子量を有することができる。一般的に、多糖は９，０００ダルトン〜１００，０００ダルトンの分子量を有することができる。多糖がヒドロキシエチルセルロースであるとき、好ましい分子量の範囲は２５，０００ダルトン〜１００，０００ダルトンである。多糖がデキストランであるとき、又は任意の適切なデキストラン誘導体であるとき、好ましい分子量の範囲は９，０００ダルトン〜４０，０００ダルトンである。従って、多糖は９，０００ダルトン以上、例えば、１０，０００ダルトン以上、１５，０００ダルトン以上、２０，０００ダルトン以上、２５，０００ダルトン以上、３０，０００ダルトン以上、３５，０００ダルトン以上、４０，０００ダルトン以上、４５，０００ダルトン以上、５０，０００ダルトン以上、５５，０００ダルトン以上、又は６０，０００ダルトン以上の分子量を有することができる。代替的に、又はこれに加えて、多糖は１００，０００ダルトン以下、例えば、９５，０００ダルトン以下、９０，０００ダルトン以下、８５，０００ダルトン以下、８０，０００ダルトン以下、７５，０００ダルトン以下、７０，０００ダルトン以下、６５，０００ダルトン以下、６０，０００ダルトン以下、５５，０００ダルトン以下、５０，０００ダルトン以下、４５，０００ダルトン以下、４０，０００ダルトン以下、３５，０００ダルトン以下、３０，０００ダルトン以下、２５，０００ダルトン以下、２０，０００ダルトン以下、１５，０００ダルトン以下、又は１０，０００ダルトン以下の分子量を有することができる。従って、多糖は、多糖について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる分子量を含むことができる。例えば多糖は９，０００ダルトン〜１００，０００ダルトン、１０，０００ダルトン〜９５，０００ダルトン、２５，０００ダルトン〜９０，０００ダルトン、３０，０００ダルトン〜８０，０００ダルトン、９，０００ダルトン〜４０，０００ダルトン、１０，０００ダルトン〜３５，０００ダルトン、１５，０００ダルトン〜３０，０００ダルトン、１５，０００ダルトン〜４０，０００ダルトン、又は１０，０００ダルトン〜２５，０００ダルトンの分子量を有することができる。
第五実施形態の研磨用組成物は１種又はそれ以上の適切なアゾール環を含む化合物を含む。一般的に、適切なトリアゾール化合物は、１種又はそれ以上の置換基で３−、４−、及び５−位、又は任意のこれらの組み合わせが置換されたものとすることができる。適切なトリアゾール化合物の限定的でない例は、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、３，５−ジアミノ−１，２，４−トリアゾール、４−アミノ−５−ヒドラジノ−１，２，４−トリアゾール−３−チオール、及び４−アミノ−１，２，４−トリアゾールとすることができる。より好ましい実施形態として、アゾール環を含む化合物はトリアゾールとすることができる。
第五実施形態の研磨用組成物は任意の適量のアゾール環を含む化合物を含むことができる。一般的に研磨用組成物は０．００５質量％以上、例えば、０．００７質量％以上、０．０１質量％以上、０．０３質量％以上、０．０５質量％以上、０．０８質量％以上、０．１質量％以上、０．３質量％以上、０．５質量％以上、０．７質量％以上、０．９質量％以上、１質量％以上、１．２質量％以上、１．５質量％以上、１．７質量％以上、又は１．９質量％以上のアゾール環を含む化合物を含むことができる。代替的に、又はこれに加えて、研磨用組成物は２．０質量％以下、例えば、１．８質量％以下、１．６質量％以下、１．４質量％以下、１．２質量％以下、１．０質量％以下、０．８質量％以下、０．６質量％以下、０．４質量％以下、０．２質量％以下、０．１質量％以下、０．０８質量％以下、０．０６質量％以下、０．０４質量％以下、０．０２質量％以下、０．０１質量％以下、又は０．００８質量％以下のアゾール環を含む化合物を含むことができる。従って、研磨用組成物は、アゾール環を含む化合物について列挙された上記終点のいずれか二つによって囲まれる量のアゾール環を含む化合物を含むことができる。例えば研磨用組成物は０．００５質量％〜２．０質量％、０．０１質量％〜１．９質量％、又は０．０５質量％〜１．７質量％のアゾール環を含む化合物を含むことができる。
本発明の研磨用組成物は任意の適切な技術で得ることができ、それらの多くは当業者に知られている。研磨用組成物はバッチ又は連続処理により得ることができる。一般的に研磨用組成物は任意の順番でそれらの構成成分を混合することにより得ることができる。本明細書で使用する用語“構成成分”は、個々の成分（例えば、シリカ、シリコンの除去率を向上させる化合物、テトラアルキルアンモニウム塩等）のほか、成分の任意の組み合わせ（例えば、シリカ、シリコンの除去率を向上させる化合物、テトラアルキルアンモニウム塩、緩衝剤等）も含まれる。
例えば、一実施形態において、シリカは水中に分散させることができる。次いで、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、研磨用組成物中に構成成分を包含させ得る任意の方法により混合することができる。シリコンの除去率を向上させる他の化合物は同様に研磨用組成物の調製に利用することができる。研磨用組成物は使用前にｐＨ調整成分のような使用直前に（例えば、使用前７日以内、使用前１時間以内、又は使用前１分以内）研磨用組成物に添加される１種又はそれ以上の構成成分と共に得ることができる。該研磨用組成物はまた研磨操作中に基板の表面で構成成分を混合することによっても得ることができる。
研磨用組成物はまた使用前に適量の水で希釈することが意図された濃縮物としても得ることができる。そのような実施形態において、研磨用組成物の濃縮物は、例えば、シリカ、シリコンの除去率を向上させる化合物、テトラアルキルアンモニウム塩及び水を、該濃縮物を適量の水で希釈したときに研磨用組成物のそれぞれの構成成分がそれぞれの構成成分について前記の適切な範囲の量で研磨用組成物中に存在することとなるような量において含むことができる。例えば、研磨材、シリコンの除去率を向上させる化合物及びテトラアルキルアンモニウム塩は、該濃縮物が等体積の水（例えば、それぞれ、２等体積の水、３等体積の水、４等体積の水、９等体積の水、又は１４等体積の水）で希釈されたとき、それぞれの構成成分がそれぞれの構成成分について前記に示した範囲の量で研磨用組成物中に存在することとなるよう、それぞれ濃縮物中にそれぞれの構成成分について列挙された前記の濃度の２倍（例えば、３倍、４倍、５倍、１０倍又は１５倍）多い量で、存在することができる。更に、当業者に理解されているように、シリコンの除去率を向上させる化合物、及び他の適切な添加物を、確実に少なくとも部分的に又は完全に該濃縮物に溶解させるために、該濃縮物は最終的な研磨用組成物に存在する適切なごく少量の水を含むことができる。
本発明は更に、（ｉ）基板を研磨パッド及び本明細書に開示された化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含む、基板の化学機械研磨方法を提供する。
本発明の研磨用組成物はあらゆる基板を研磨するために使用可能であるが、該研磨用組成物は、例えば、エレクトロニクス産業で使用されているシリコンウェハー等のケイ素を含む、ケイ素から本質的になる、又はケイ素からなる基板の研磨に特に有用である。この観点において、ケイ素は非ドープケイ素、又はホウ素若しくはアルミニウムでドープされたｐ−型ケイ素のようなドープケイ素とすることができる。更に、シリコンはポリシリコンとすることができる。本発明の研磨用組成物及びこれらの使用方法は、ダイヤモンドの鋸と荒磨きにより単結晶シリコンから得られたシリコンウェハーの予研磨又は最終研磨に適し、シリコンウェハーのエッジ研磨及び研磨によるシリコンウェハーの再利用の用途にも適する。
一実施形態において、本発明の方法は、酸化ケイ素や窒化ケイ素のような他の物質における除去率以上に改善されたポリシリコンの除去率を提供する。たとえば、一実施形態において、本発明の方法は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素以上にポリシリコンの研磨に関して改善された選択性を提供する。更に、本発明の方法は、他の中でもエレクトロニクス産業において本発明の方法が化学機械研磨の用途に適切であるように、ポリシリコンのような基板物質のディッシングを有利に最小化する。
有利なことに、本発明の研磨方法は、ダイヤモンドで切削されたシリコンウェハーを粗研磨及びエッチングした後、シリコンウェハーを研磨にするために使用された場合、改善されたナノトポグラフィーを示す。化学機械研磨中にナノトポグラフィーの変化を測定する一手段はパラメータ：ΔＲＺ／ｄの値を測定することである。ここで、ＲＺは外形の平均最大高さ、ΔＲＺはある時点から他の時点、例えば、化学機械研磨の前後におけるＲＺの変化であり、また、ｄは同じ時間に取り除かれる物質の量（マイクロメートル）であり、結果はナノメートルで表される。図について言及すれば、Ｒｍａｘは与えられたサンプリング長さＬにおける最大の頂点−谷の高さを表し、ＲＺは５つの隣接するサンプリング長さの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を測定する（ＲＺの計算を可能とする）適切な技術は、スタイラス形状測定、光学的形状測定、原子間力顕微鏡観察を含む。スタイラス形状測定及び光学的形状測定に適する装置は、例えば、Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（Ｐｌａｉｎｖｉｅｗ，ＮＹ）から入手可能である。望ましくは、本発明の研磨方法はΔＲＺ／ｄがゼロ以下となり、すなわち、基板のナノトポグラフィーは本発明の研磨方法を使用した後に変化しない又は改善する。
本発明の研磨方法は、化学機械研磨用装置と併せて使用するために特に適している。一般的に、該装置は、使用の際は動いており、かつ、環状、直線状、又は円状運動による速度を有する圧盤と、圧盤と接触し動作中は圧盤と共に動く研磨パッドと、接触して基板を研磨パッドの表面に対して動かすことにより研磨される基板を保持するキャリヤとを備える。基板の研磨は、少なくとも基板の一部を摩耗して基板を研磨するよう、基板を研磨パッドと本発明の研磨用組成物に接触させて設置し、次いで研磨パッドが基板に対して動くことにより行われる。
基板は任意の適切な研磨パッド（例えば、研磨表面）を用いて化学機械研磨用組成物により研磨することができる。適切な研磨パッドは，例えば、織物又は不織物研磨パッドを含むことができる。更に、適切な研磨パッドは様々な密度、堅さ、厚さ、圧縮率、加圧に対する反発性、及び圧縮弾性率を有する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、これらと同等の製品、及びこれらの共形成物（coformed product）、及びこれらの混合物を含む。硬質ポリウレタンの研磨パッドは本発明の研磨方法と併せて使用する場合に特に有用である。
望ましくは、化学機械研磨装置は更にその場での研磨終点検出システムを備え、それらの多くは本技術分野で知られている。研磨中に基板の表面から反射した光や他の放射線を解析することによる研磨工程の調査及び監視技術は、本技術分野で知られている。そのような方法は、例えば、米国特許第５１９６３５３号明細書、米国特許第５４３３６５１号明細書、米国特許第５６０９５１１号明細書、米国特許第５６４３０４６号明細書、米国特許第５６５８１８３号明細書、米国特許第５７３０６４２号明細書、米国特許第５８３８４４７号明細書、米国特許第５８７２６３３号明細書、米国特許第５８９３７９６号明細書、米国特許第５９４９９２７号明細書、及び米国特許第５９６４６４３号明細書に記載されている。望ましくは、研磨されている基板に関する研磨工程の進行の調査又は監視は、研磨終点の決定を可能にする。即ち、ある特定の基板に関していつ研磨工程を終了するかという決定を可能にする。
一実施形態において、本発明の方法はシリコンウェハーの本質的にケイ素からなるエッジを研磨する方法を提供する。他の実施形態において、本発明の方法は、ウェハーのケイ素及び酸化ケイ素から本質的になる表面を有するエッジを研磨する方法を提供する。エッジの研磨は本技術分野で周知の技術を用いて行うことができる。例えば、エッジ研磨は日本国神奈川県にあるスピードファン社から提供されているエッジポリッシャーを使用して行うことができる。
有利なことに、本発明の研磨方法はシリコンウェハーのケイ素から本質的になる又はケイ素及び酸化ケイ素から本質的になるエッジを研磨するために使用されたとき、改善されたチャッキングマーク性能を示す。エッジ研磨において、シリコンウェハーは通常シリコンウェハー裏側に取り付けられた真空チャックを用いて固定されている。研磨中、該真空はウェハーの裏に研磨用組成物を引きこむことが多く、そこで研磨用組成物が乾燥する場合がある。乾燥した残留物はチャッキングマークと呼ばれる。研磨用組成物の乾燥から生じた残留物が簡単に除去されない場合、ウェハーは研磨後に更に洗浄段階を必要とし、これによって製造コストが加わる。望ましくは、本発明の方法は、乾燥した白色残留物であって更なるウェハーの処理中に簡単に除去されるチャッキングマークを生じさせる。
有利なことに、本発明の方法は、ケイ素から本質的になるウェハーのエッジを研磨するために使用されたとき、更に改善された除去率を提供し、それによってウェハーの生産処理量を改善する。これに加えて、ケイ素及び酸化ケイ素から本質的になるウェハーを研磨するために使用されたとき、本発明の方法はケイ素と比較して酸化ケイ素に対する改善された除去率を示し、それによってウェハーのエッジさえも研磨される。
他の実施形態において、本発明の方法は、本発明の方法がポリシリコン、ＴＥＯＳ、窒化ケイ素から本質的になる又はこれのみからなるウェハーを研磨するために使用されたとき、ＴＥＯＳ及び窒化ケイ素のような他の物質に対するポリシリコンの改善された除去率を提供する。
下記の実施例は本発明を更に説明するものであるが、当然、本発明の範囲を何らかの形に限定するものと解釈すべきではない。
［例１］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、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、シリコン基板について観測される除去率及び表面粗さに対する効果を説明する。
直径１０２ｃｍ（４インチ）の円形シリコンウェハーを備える７種の類似する基板を７種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物１Ａ−１Ｇ）を用いて研磨した。全ての研磨用組成物は１質量％のシリカ、湿式処理シリカ（研磨用組成物１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、及び１Ｆ）又はフュームドシリカ（研磨用組成物１Ｃ，１Ｅ、及び１Ｇ）と、０．２７質量％の水酸化テトラアルキルアンモニウムと、０．０５質量％の重炭酸カリウムとをｐＨ１０．５で水中に含有した。研磨用組成物１Ａ（比較例）は更に０．０１７質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸及び０．０６７質量％のピペラジンを含有した。研磨用組成物１Ｂ−１Ｇは更に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含有し、有機カルボン酸はそれぞれ、０，０８質量％のマロン酸（研磨用組成物１Ｂ及び１Ｃ）、０．０６７質量％の乳酸（研磨用組成物１Ｄ及び１Ｅ）、又は０．１０７質量％のリンゴ酸（研磨用組成物１Ｆ及び１Ｇ）であった。
研磨した後に、シリコン除去率、及びナノトポグラフィーの変化の大きさ、ΔＲＺ／ｄ、をそれぞれの研磨用組成物について決定した。結果を表１に要約する。
表１で説明した結果から明らかなように、本発明の研磨用組成物は比較例の研磨用組成物による除去率の約７９％〜８８％のシリコン除去率を示した。しかし、比較例の研磨用組成物は約６ｎｍの表面粗さの増加を示した一方、本発明の研磨用組成物は約０．２ｎｍの表面粗さの減少（研磨用組成物１Ｆ）から、約０．４ｎｍの表面粗さの増加（研磨用組成物１Ｄ及び１Ｅ）に渡る、研磨による表面粗さの変化を示した。
［例２］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、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、シリコン基板について観測される除去率及び表面粗さに対する効果を説明する。
直径１０２ｃｍ（４インチ）の円形シリコンウェハーを備える３種の類似する基板を３種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物２Ａ−２Ｃ）を用いて研磨した。研磨用組成物２Ａ（比較例）は１質量％の湿式処理シリカと、０．０１６７質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸と、０．０６７質量％のピペラジンと、０．２７質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．０５質量％の重炭酸カリウムとを含有した。研磨用組成物２Ｂ（実施例）は、０．８５質量％の湿式処理シリカと、０．０２質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸と、０．０８３質量％のシュウ酸と、０．２質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．１質量％の重炭酸カリウムとを含有した。研磨用組成物２Ｃ（実施例）は、０．５３質量％の湿式処理シリカと、０．０１６７質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸と、０．００７質量％のシュウ酸と０．０６７質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．０５質量％の重炭酸カリウムとを含有した。
研磨した後に、シリコン除去率及びナノトポグラフィーの変化の大きさ、ΔＲＺ／ｄ、をそれぞれの研磨用組成物について決定した。結果を表２に要約する。
表２で説明した結果から明らかなように、本発明の研磨用組成物は比較例の研磨用組成物による除去率の約８２％〜８８％のシリコン除去率を示した。しかし、比較例の研磨用組成物を使用した研磨による約４ｎｍの表面粗さの増加と比較して、本発明の研磨用組成物は研磨により約４ｎｍ及び７ｎｍの表面粗さの減少を示した。
［例３］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、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、シリコン基板について観測される除去率及び表面粗さに対する効果を説明する。
直径１０２ｃｍ（４インチ）の円形シリコンウェハーを備える２種の類似する基板を２種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物３Ａ及び３Ｂ）を用いて研磨した。研磨用組成物３Ａ及び３Ｂは１質量％の湿式処理シリカと、０．０１６７質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸と、０．０６７質量％のピペラジンと、０．２７質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．０５質量％の重炭酸カリウムとを含有した。研磨用組成物３Ｂ（実施例）は更に０．０３３質量％のベンジル酸を含有した。
研磨した後に、シリコン除去率及びナノトポグラフィーの変化の大きさ、ΔＲＺ／ｄ、をそれぞれの研磨用組成物について決定した。結果を表２に要約する。
表３で説明した結果から明らかなように、本発明の研磨用組成物は比較例の研磨用組成物による除去率の約４２％のシリコン除去率を示した。しかし、比較例の研磨用組成物を使用した研磨による約６ｎｍの表面粗さの増加と比較して、本発明の研磨用組成物は研磨により約６ｎｍの表面粗さの減少を示した。
［例４］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、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、シリコン基板について観測される除去率及び表面粗さに対する効果を説明する。
直径１０２ｃｍ（４インチ）の円形シリコンウェハーを備える２種の類似する基板を２種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物４Ａ及び４Ｂ）を用いて研磨した。研磨用組成物４Ａ及び４Ｂは１質量％の湿式処理シリカと、０．０１６７質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸と、０．０６７質量％のピペラジンと、０．２７質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．０５質量％の重炭酸カリウムとを含有した。研磨用組成物３Ｂ（実施例）は更に０．０３３質量％の２，４−ペンタンジオール（即ち、ジオール化合物）を含有した。
研磨した後に、シリコン除去率及びナノトポグラフィーの変化の大きさ、ΔＲＺ／ｄ、をそれぞれの研磨用組成物について決定した。結果を表４に要約する。
表４で説明した結果から明らかなように、本発明の研磨用組成物は比較例の研磨用組成物による除去率の約８２％のシリコン除去率を示した。しかし、比較例の研磨用組成物を使用した研磨による約−０．５ｎｍの表面粗さの減少と比較して、本発明の研磨用組成物は研磨により約５ｎｍの表面粗さの減少を示した。
［例５］この例は本発明の一実施例におけるチャッキングマーク性能について説明する。
ポリ塩化ビニル（“ＰＶＣ”）のシートを含む２種の別々の基板に、２種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物５Ａ及び５Ｂ）を噴霧した。研磨用組成物５Ａ（比較例）は０．０４質量％のアミノホスホン酸と、０．２質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．１質量％の重炭酸カリウムと、０．０４４質量％のシュウ酸と、０．８５質量％の湿式処理シリカとを含有した。研磨用組成物５Ｂ（実施例）は、０．０２質量％のアミノホスホン酸と、０．１３質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．７質量％の重炭酸カリウムと、０．０４質量％の水酸化カリウムと、０．０２２質量％の乳酸と、０．６７質量％の湿式処理シリカとを含有した。
噴霧後、該組成物を乾燥させた。研磨用組成物５Ａはゲル状の残留物を残した。研磨用組成物５Ｂは乾いた白色の残留物を残した。
［例６］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、シリコン除去率を説明する。
２種の別々のシリコン基板を２種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物６Ａ及び６Ｂ）を用いて研磨した。研磨用組成物６Ａ及び６Ｂは０．０２質量％のアミノホスホン酸と、０．１３質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．７質量％の重炭酸カリウムと、０．０４質量％の水酸化カリウムと、０．０２２質量％の乳酸とを含有した。研磨用組成物６Ａは更に１０．０質量％の湿式処理シリカ、具体的には、Ｎａｌｃｏ ＤＶＳＴＳ００６を含有した。研磨用組成物６Ｂは更に１０．０質量％の異なる湿式処理シリカ、具体的には、Ｎａｌｃｏ ＴＸ１１００５を含有した。
研磨した後に、シリコン除去率を研磨１分間ごとに除去されたシリコンのｍｇ単位で決定した。研磨用組成物６Ａは１３．５ｍｇ Ｓｉ／ｍｉｎのシリコン除去率を示した。研磨用組成物６Ｂは１４．２ｍｇ Ｓｉ／ｍｉｎのシリコン除去率を示した。
［例７］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、シリコン除去率を説明する。
２種の別々のシリコン基板を２種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物７Ａ及び７Ｂ）を用いて研磨した。研磨用組成物７Ａは０．００４質量％のアミノホスホン酸と、０．０２７質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．００７質量％の重炭酸カリウムと、０．０８質量％の水酸化カリウムと、０．０１３質量％の乳酸と、１．２質量％のフュームドシリカとを含有した。研磨用組成物７Ｂは０．００４質量％のアミノホスホン酸と、０．０５３質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．０１３質量％の重炭酸カリウムと、０．０８質量％の水酸化カリウムと、０．０２７質量％の乳酸と、１．２質量％のフュームドシリカとを含有した。
研磨した後に、シリコン除去率を研磨１分間ごとに除去されたシリコンのｍｇ単位で決定した。研磨用組成物７Ａは１１．２ｍｇ Ｓｉ／ｍｉｎのシリコン除去率を示した。研磨用組成物７Ｂは１１．８ｍｇ Ｓｉ／ｍｉｎのシリコン除去率を示した。
［例８］この例は、本発明の研磨用組成物によって達成可能な、酸化ケイ素の除去率を説明する。
２種の別々の酸化ケイ素の基板を２種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物８Ａ及び８Ｂ）を用いて研磨した。酸化ケイ素はテトラエチルオルトケイ酸塩に由来した。研磨用組成物８Ａは０．０１５質量％のアミノホスホン酸と、０．１質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．０２５質量％の重炭酸カリウムと、０．３質量％の水酸化カリウムと、０．０５質量％の乳酸と、４．４質量％のフュームドシリカとを含有した。研磨用組成物８Ｂは０．０１５質量％のアミノホスホン酸と、０．２質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムを、０．０５質量％の重炭酸カリウムと、０．３質量％の水酸化カリウムと、０．１質量％の乳酸と、４．３質量％のフュームドシリカとを含有した。
研磨した後に、酸化ケイ素除去率を研磨１分間ごとに除去されたシリコンのｍｇ単位で決定した。研磨用組成物８Ａは２．７ｍｇ ＳｉＯ／ｍｉｎの酸化ケイ素除去率を示した。研磨用組成物８Ｂは４．９ｍｇ ＳｉＯ／ｍｉｎの酸化ケイ素除去率を示した。
［例９］この例は、本発明の研磨用組成物を用いることにより達成可能な、窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む誘電物質に対するポリシリコンの研磨選択性を説明する。
ポリシリコン、窒化ケイ素、又は酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）のブランケット層を備える類似の基板を１１種の異なる研磨用組成物（研磨用組成物９Ａ−９Ｋ）を用いて別々の実験でそれぞれ研磨した。それぞれの構成成分の量（質量％）は研磨用組成物の総質量に対するものである。研磨用組成物９Ａ（実施例）は最初に濃縮物の形態で調製し、０．４４質量％のアミノホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴＴＭ２０００ＥＧ）と、４．０質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．８０質量％の水酸化カリウムと、１．３質量％の重炭酸カリウムと、０．１７質量％の１，２，４−トリアゾールと、１３質量％のカリウム−安定化コロイダルシリカ（ＮＡＬＣＯＴＭＤＶＳＴＳ００６）と、０．０６６質量％の多糖（ヒドロキシエチルセルロース、分子量＝８０，０００ｇ／ｍｏｌ）と、水とを含有した。使用前に、研磨用組成物９Ａは研磨剤の濃度が０．８３質量％となるよう水で希釈した。研磨用組成物９Ｂ（比較例）は最初に濃縮物の形態で調製し、０．４４質量％のアミノホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴＴＭ２０００ＥＧ）と、２．６質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、０．８０質量％の水酸化カリウムと、１．３質量％の重炭酸カリウムと、０．３３質量％の１，２，４−トリアゾールと、１３質量％のカリウム−安定性コロイダルシリカ（ＮＡＬＣＯＴＭＤＶＳＴＳ００６）と、水とを含有した。使用前に、研磨用組成物９Ｂは研磨剤の濃度が０．８３質量％となるよう水で希釈した。研磨用組成物９Ｃ（比較例）は、最初に濃縮物の形態で調製し、２５質量％のフュームドシリカ（粒子サイズ１００ｎｍ）と、水とを含有し、ｐＨは少量の水酸化カリウムによりｐＨ１０に調整した。使用前に、研磨用組成物９Ｃは研磨剤の濃度が１２質量％となるよう水で希釈した。研磨用組成物９Ｄ（比較例）は最初に濃縮物の形態で調製し、０．０６０質量％の多糖（ヒドロキシエチルセルロース、分子量＝８０，０００）と、０．７５質量％の水酸化カリウムと、０．５５質量％のマロン酸と、４．０質量％の縮合重合の高純度コロイダルシリカ（ＦＵＳＯ（登録商標）ＰＬ−２）と、水とを含有した。使用前に、研磨用組成物９Ｄは研磨剤の濃度が０．２０質量％となるよう水で希釈した。研磨用組成物９Ｅ（比較例）は最初に濃縮物の形態で調製し、１．０質量％のピペラジンと、０．２５質量％のエチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）と、０．７５質量％の重炭酸カリウムと、４．０質量％の水酸化テトラメチルアンモニウムと、１５質量％のフュームドコロイダルシリカ（粒子サイズ５５ｎｍ）と、水とを含有した。使用前に、研磨用組成物９Ｅは研磨剤の濃度が０．９４質量％となるよう水で希釈した。研磨用組成物９Ｆ（比較例）及び９Ｇ（比較例）は、最初にｐＨ４−５において濃縮物の形態で調製し、４．０質量％のイオン交換コロイダルシリカ（ＮＡＬＣＯ（登録商標）１０３４Ａ）と、０．４０質量％の水酸化テトラブチルホスホニウムと、水とを含有した。使用前に、研磨用組成物９Ｆは研磨剤の濃度が１．０質量％となるよう水で希釈し、研磨用組成物９Ｇは濃縮物の形態で使用した。研磨用組成物９Ｈ（比較例）はｐＨ８．５において調製され、１．０質量％のカリウム−安定性コロイダルシリカ（ＮＡＬＣＯ（登録商標）ＤＶＳＴＳ００６）と、０．０２０質量％のアミノホスホン酸（ＤＥＱＵＥＳＴＴＭ ２０００ＥＧ）と、０．０２０質量％のポリオキシプロピレンジアミン（ＪＥＦＦＡＭＩＮＥＴＭＤ４００；分子量＝４００）と、０．００５０質量％の水酸化アンモニウムと、水とを含有し、組成物９Ｈは調製されたままの状態で使用した。研磨用組成物９Ｉ（比較例）は５．０質量％のフュームドシリカ（粒子サイズ１００ｎｍ）と、０．０６０質量％のＤＭＡＭＰ−８０ＴＭ（２−ジメチルアミノ−２−メチル−１−プロパノール８０％、水２０％）と、０．０２４質量％のシュウ酸と、０．００１０のＫＡＴＨＯＮＴＭ（殺生物剤）と、水とを含有し、組成物９Ｉは調製されたままの状態で使用した。研磨用組成物９Ｊ（比較例）及び９Ｋ（比較例）は最初に濃縮物の形態で調製し、０．１５質量％の酢酸、６．０質量％のアルミニウムでドープされたコロイダルシリカ（ＮＡＬＣＯ（登録商標） ＴＸ１３５１７）と、１０ｐｐｍのＫＡＴＨＯＮＴＭ（殺生物剤）と、及び水とを含有した。使用前に、研磨用組成物９Ｊ及び９Ｋは研磨剤の濃度がそれぞれ１質量％及び２質量％となるよう水で希釈した。
ポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、及び酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）のブランケット層を備える基板を、研磨パッド上で基板の下方圧力６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）及び２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）において、研磨用組成物９Ａ−９Ｋのそれぞれを使用して研磨した。 研磨した後に、ポリシリコン、窒化ケイ素及び酸化ケイ素の除去率をそれぞれの研磨用組成物について決定した。ポリシリコンの研磨選択性は、ポリシリコンの除去率を窒化ケイ又はＴＥＯＳの除去率で除した値（ＰｏｌｙＳｉ／Ｓｉ３Ｎ４、ＰｏｌｙＳｉ／ＴＥＯＳ）により算出した。結果を表５並びに図２及び図３のプロットに要約する。
表５並びに図２及び図３でグラフを用いて描写で説明した結果から明らかなように、６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）では、研磨用組成物９Ａ（実施例）及び研磨用組成物９Ｂ（比較例）は、ＴＥＯＳに対するポリシリコンの良好な選択性を与え高いポリシリコン除去率となった。しかしながら、窒化ケイ素に対するポリシリコンの研磨選択性は比較的低かった。研磨圧力を６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）から２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）に増大したとき、ほとんどの研磨用組成物において、特に研磨用組成物９Ａ及び９Ｂにおいてより高いポリシリコン除去率が観測された。重要なことに、本発明の研磨用組成物９Ａを用いた際は、研磨圧力を６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）から２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）に増大したとき、窒化ケイ素に対するポリシリコンの研磨選択性は１０倍向上した。本発明の研磨用組成物９Ａと比較して、研磨圧力を６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）から２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）に増大したとき、比較例の研磨用組成物９Ｂ−９Ｋは何れもそのような窒化ケイ素に対するポリシリコンの研磨選択性の大きな向上は示さなかった。
［例１０］この例は、本発明の研磨用組成物により達成可能な、有利なポリシリコンのディッシング特性を説明する。
例９における研磨用組成物９Ａ（実施例）及び）９Ｂ（比較例）を利用して、ポリシリコンで満たされたＴＥＯＳのトレンチを備えるパターン化ウェハーを研磨した。
研磨パッド上で基板の下方圧力６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）及び２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）において、３０、６０、及び／又は１２０秒間研磨を行った。研磨した後に、ポリシリコンで満たされたＴＥＯＳのトレンチにおけるポリシリコンのディッシング量を決定した。結果を表６に要約する。
表６の結果は、様々な処理条件下（研磨圧力及び研磨時間）における研磨用組成物９Ａ（実施例）のディッシング特性は研磨用組成物９Ｂ（比較例）のディッシング特性より低く、従ってより好ましいことを説明する。
Claims (20)
- （ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．００５質量％〜２質量％の１種又はそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｃ）０．００１質量％〜０．１質量％の１種又はそれ以上の多糖と、（ｄ）０．０５質量％〜５質量％の１種又はそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．０１質量％〜２質量％の重炭酸塩と、（ｆ）０．００５質量％〜２質量％の１種又はそれ以上のアゾール環を含む化合物と、（ｇ）任意に水酸化カリウムと、（ｈ）水とから本質的になる化学機械研磨用組成物であって、該研磨用組成物はｐＨ７〜１１を有する化学機械研磨用組成物。
- 該シリカが湿式処理シリカである、請求項１に記載の研磨用組成物。
- 該研磨用組成物が０．１質量％〜１質量％の１種又はそれ以上のアミノホスホン酸を含有する、請求項１に記載の研磨用組成物。
- 該アミノホスホン酸が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）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３に記載の研磨用組成物。
- 該アミノホスホン酸がアミノトリ（メチレンホスホン酸）である、請求項４に記載の研磨用組成物。
- 該多糖がヒドロキシエチルセルロースである、請求項１に記載の研磨用組成物。
- 該ヒドロキシエチルセルロースが分子量２５，０００ダルトン〜１００，０００ダルトンを有する、請求項６に記載の研磨用組成物。
- 該アゾール環を含む化合物がトリアゾール化合物である、請求項１に記載の研磨用組成物。
- 該研磨用組成物中に水酸化カリウムが存在する、請求項１に記載の研磨用組成物。
- ポリシリコンを含む基板を研磨する方法であって、該方法は（ｉ）基板を研磨パッド及び化学機械組成物に接触させる工程と、（ｉｉ）化学機械研磨用組成物を研磨パッドと基板との間に置いて研磨パッドを基板に対して動かす工程と、（ｉｉｉ）少なくとも基板の一部を摩耗させて、基板を研磨する工程とを含み、該化学機械研磨用組成物が（ａ）０．５質量％〜２０質量％のシリカと、（ｂ）０．００５質量％〜２質量％の１種又はそれ以上のアミノホスホン酸と、（ｃ）０．００１質量％〜０．１質量％の１種又はそれ以上のアルキル化セルロース化合物と、（ｄ）０．０５質量％〜５質量％の１種又はそれ以上のテトラアルキルアンモニウム塩と、（ｅ）０．０１質量％〜２質量％の重炭酸塩と、（ｆ）０．００５質量％〜２質量％の１種又はそれ以上のアゾール環を含む化合物と、（ｇ）任意に水酸化カリウムと、（ｈ）水とから本質的になり、ｐＨ７〜１１を有する、方法。
- 該シリカが湿式処理シリカである、請求項１０に記載の方法。
- 該研磨用組成物が０．１質量％〜１質量％の１種又はそれ以上のアミノホスホン酸を含有する、請求項１０に記載の方法。
- 該アミノホスホン酸が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）、及びこ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。
- 該アミノホスホン酸がアミノトリ（メチレンホスホン酸）である、請求項１３に記載の方法。
- 該多糖がヒドロキシエチルセルロースである、請求項１０に記載の方法。
- 該ヒドロキシエチルセルロースが分子量２５，０００ダルトン〜１００，０００ダルトンを有する、請求項１５に記載の方法。
- 該アゾール環を含む化合物がトリアゾール化合物である、請求項１０に記載の方法。
- 該研磨用組成物中に水酸化カリウムが存在する、請求項１０に記載の方法。
- 該基板が更に酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載の方法。
- 該酸化ケイ素又は窒化ケイ素が層間誘電層を形成している、請求項１９に記載の方法。
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