JP2017538285A - コバルト研磨促進剤 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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Abstract
本発明は、（ａ）研磨粒子と、（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、該コバルト促進剤と、（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、（ｄ）金属を酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、約３〜約８．５のｐＨを有する、化学機械研磨組成物を提供する。本発明は、本発明の化学機械研磨組成物を用いて、基板を化学的機械的研磨する方法を更に提供する。典型的には、該基板はコバルトを含有する。【選択図】なし
Description
関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１４年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／０６６，４８４号、及び２０１５年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／１９７，９９２号の利益を主張し、これらの出願は参照により援用される。
本特許出願は、２０１４年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／０６６，４８４号、及び２０１５年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／１９７，９９２号の利益を主張し、これらの出願は参照により援用される。
集積回路及び他の電子デバイスの製造では、導電性材料、半導体材料、及び誘電材料の多数の層が、基板表面に堆積されるか、又は基板表面から除去される。材料の層が逐次的に基板上に堆積及び除去されるにつれて、基板の最上面が非平面状になり、平坦化が必要になる場合がある。表面の平坦化、又は表面の「研磨」は、材料が基板表面から除去され、概して平坦な平面状の表面を形成するというプロセスである。平坦化は、粗面、凝集物、結晶格子ダメージ、スクラッチ、及び汚染層又は汚染物質等の、望ましくない表面形態及び表面欠陥を除去するのに有用である。また、平坦化は、フィーチャを充填するために、並びに次の段階のメタライゼーション及び加工に平坦面を提供するために使用された、過剰量の堆積材料を除去することで、基板上にフィーチャを形成するのに有用である。
基板表面を平坦化又は研磨する組成物及び方法は、当該技術分野で周知である。化学機械平坦化、又は化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するのに用いられる一般的な技術である。ＣＭＰは、ＣＭＰ組成物として、あるいはより平易には研磨組成物（研磨スラリーとも称される）として知られる化学組成物を、基板から材料を選択的に除去するために利用する。研磨組成物は、一般的には、研磨組成物で飽和させた研磨パッド（例えば、研磨クロス又は研磨ディスク）と、基板表面を接触させることによって、基板に塗布される。基板の研磨は、一般に、研磨組成物の化学的活性によって、及び／又は研磨組成物中に懸濁されるか若しくは研磨パッド（例えば固定砥粒研磨パッド）に組み込まれた研磨剤の機械的活性によって、更に促進される。
コバルトは、先端集積回路デバイスに組み込まれる金属として新たに使用されつつある。コバルトの効果的な組み込みには、高い除去速度、優れた平坦化効率、低ディッシング及び低エロージョン、並びに低欠陥率を有するＣＭＰ法が必要である。コバルトは、ｐＨ９．５以上で、不溶性の不動態化酸化物−水酸化物皮膜を形成する。ｐＨ９．５未満では、コバルトは、水と容易に反応し、可溶性のＣｏ（ＩＩ）種の水和物を形成する。米国特許出願公開第２０１４／０２４３２５０Ａ１号は、ｐＨ９．０以上で中程度のコバルト除去速度を示す研磨組成物を開示しているが、高粒子充填と高ダウンフォース圧力を要し、これは経済的及び加工の観点から不利である。
従って、当該技術において、高いコバルト除去速度を提供する一方で、許容可能なディッシング及びエロージョン並びに低い欠陥率を示す研磨組成物へのニーズが依然としてある。
本発明は、（ａ）研磨粒子と、（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、該コバルト促進剤と、（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、約３〜約８．５のｐＨを有する、化学機械研磨組成物を提供する。
また、本発明は、（ｉ）研磨パッド、及び、（ａ）研磨粒子と、（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、該コバルト促進剤と、（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、約３〜約８．５のｐＨを有する、化学機械研磨組成物と、基板を接触させることと、（ｉｉ）該研磨パッド及び該化学機械研磨組成物を該基板に対して動かすことと、（ｉｉｉ）該基板を研磨するために該基板の少なくとも一部を研削することと、を含む、基板を化学的機械的研磨する方法を提供する。
本発明は、（ａ）研磨粒子と、（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、若しくはＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、該コバルト促進剤と、（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、これらから実質的になり、又はこれらからなる、約３〜約８．５のｐＨを有する、化学機械研磨組成物を提供する。
研磨組成物は、研磨剤（即ち、１つ又は複数の研磨剤）を含む。研磨剤は、任意の適切な研磨剤、又は粒子形態の研磨剤の組み合わせであり得る。研磨剤は、任意の適切な研磨剤であり得、例えば、研磨剤は天然のものであっても合成のものであっても良く、並びに金属酸化物、カーバイド、窒化物、カーボランダム、及びダイヤモンド等を含んでも良い。また、研磨剤は、ポリマー粒子、又は被覆粒子であり得る。研磨剤は、望ましくは、金属酸化物を含み、金属酸化物から実質的になり、又は金属酸化物からなる。一般的に、金属酸化物は、シリカ、アルミナ（例えば、アルファアルミナ粒子（即ち、α−アルミナ）、ガンマアルミナ粒子（即ち、γ−アルミナ）、デルタアルミナ粒子（即ち、δ−アルミナ）、又はヒュームドアルミナ粒子）、セリア、ジルコニア、これらの共形成物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。研磨粒子は、好ましい実施形態において、望ましくはアニオン性である。
好ましくは、化学機械研磨組成物は、シリカ研磨剤を含む。シリカは、任意の適切なシリカであり得、例えば、シリカは、湿式法シリカ又はヒュームドシリカであっても良い。好ましくは、シリカは、湿式法シリカである。
湿式法シリカは、任意の適切な湿式法シリカであり得る。例えば、湿式法シリカは、縮合重合シリカであっても良い。縮合重合シリカ粒子は、一般に、Ｓｉ（ＯＨ）４を縮合してコロイド粒子を形成することによって作製されるが、コロイド粒子は、約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの平均粒子サイズを有するものとして定義される。こうした研磨粒子は、米国特許第５２３０８３３号に従って作製され得るか、又はAkzo-Nobel Bindzil 50/80製品、並びにNalco 1050、1060、2327、及び2329製品、またDuPont、Bayer、Applied Research、日産化学、扶桑、及びClariantから入手可能な他の同様な製品等の、種々の市販品の何れかとして入手することができる。
研磨粒子は、任意の適切な表面電荷を有し得る。好ましくは、研磨粒子は、アニオン性研磨粒子である。「アニオン性」とは、研磨粒子が、研磨組成物のｐＨにおいて負の表面電荷を有することを意味する。研磨粒子は、研磨組成物のｐＨにおいて、その自然な状態でアニオン性であり得るか、又は研磨粒子は、研磨組成物のｐＨにおいて、例えば、アルミニウムイオンのドーピング等の表面金属ドーピングによって、又は有機酸、硫黄系酸、若しくはリン系酸の係留を用いた表面処理によって等の、当業者に既知の任意の方法を用いてアニオン性にすることができる。
研磨剤は、任意の適切な平均粒子サイズ（即ち、平均粒子直径）を有し得る。研磨剤は、約５ｎｍ以上、例えば、約１０ｎｍ以上、約１５ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約２５ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約３５ｎｍ以上、又は約４０ｎｍ以上の平均粒子サイズを有し得る。あるいは、又は加えて、研磨剤は、約１５０ｎｍ以下、例えば、約１４０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ以下、約１２０ｎｍ以下、約１１０ｎｍ以下、又は約１００ｎｍ以下の平均粒子サイズを有し得る。従って、研磨剤は、上記端点の任意の２つにより規定される粒子サイズ分布において最大値を有し得る。例えば、研磨剤は、約５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１４０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約１３０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１１０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１４０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１３０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１１０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１４０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１３０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１１０ｎｍ、又は約３５ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒子サイズを有し得る。球形の研磨粒子に対しては、粒子のサイズは、粒子の直径である。非球形の研磨粒子に対しては、粒子のサイズは、粒子を包含する最小の球の直径である。研磨剤の粒子サイズは、例えばレーザー回折技術を用いる等、任意の適切な技術を用いて測定することができる。適切な粒子サイズ測定装置は、例えば、Malvern Instruments（モールバーン、ＵＫ）から入手可能である。
研磨粒子は、好ましくは、本発明の研磨組成物において、コロイド状態で安定である。コロイドという用語は、液体担体（例えば水）中の粒子の懸濁を意味する。コロイドの安定性は、継続的なその懸濁の維持を意味する。本発明の文脈において、研磨剤を１００ｍＬのメスシリンダに入れ、２時間の間、攪拌せずに静置した際に、メスシリンダの底部５０ｍＬの粒子の濃度（ｇ／ｍＬを単位とする［Ｂ］）と、メスシリンダの上部５０ｍＬの粒子の濃度（ｇ／ｍＬを単位とする［Ｔ］）との差を、研磨剤組成物中の粒子の初期濃度（ｇ／ｍＬを単位とする［Ｃ］）で割った値が０．５以下（即ち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）であれば、研磨剤はコロイド状態で安定であるとみなす。［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は、より好ましくは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、任意の適切な量の研磨粒子を含むことができる。本発明の研磨組成物が含有する研磨剤の量が少なすぎる場合は、組成物は十分な除去速度を示さない可能性がある。これに対して、研磨組成物が含有する研磨剤の量が多すぎる場合は、研磨組成物は、望ましくない研磨性能を示す可能性があり、並びに／又は費用対効果が低い可能性、及び／若しくは安定性を欠く可能性がある。研磨組成物は、約１０重量％以下の研磨剤、例えば、約９重量％以下、約８重量％以下、約７重量％以下、約６重量％以下、約５重量％以下、約４重量％以下、約３重量％以下、約２重量％以下、約１．５重量％以下、約１重量 ％以下、約０．９重量％以下、約０．８重量％以下、約０．７重量％以下、約０．６重量％以下、又は約０．５重量％以下の研磨剤を含み得る。あるいは、又は加えて、研磨組成物は、約０．０５重量％以上の研磨剤、例えば、約０．１重量％以上、約０．２重量％以上、約０．３重量％以上、約０．４重量％以上、約０．５重量％以上、又は約１重量％以上の研磨剤を含み得る。従って、研磨組成物は、上記の端点の任意の２つにより規定される量の研磨剤を含むことができる。例えば、研磨組成物は、約０．０５重量％〜約１０重量％の研磨剤、例えば、０．１重量％〜約１０重量％、約０．１重量％〜約９重量％、約０．１重量％〜約８重量％、約０．１重量％〜約７重量％、約０．１重量％〜約６重量％、約０．１重量％〜約５重量％、約０．１重量％〜約４重量％、約０．１重量％〜約３重量％、約０．１重量％〜約２重量％、約０．２重量％〜約２重量％、約０．３重量％〜約２重量％、約０．４重量％〜約２重量％、約０．５重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１．５重量％、約０．２重量％〜約１．５重量％、約０．３重量％〜約１．５重量％、約０．４重量％〜約１．５重量％、約０．５重量％〜約１．５重量％、約０．１重量％〜約１重量％、約０．２重量％〜約１重量％、約０．３重量％〜約１重量％、約０．４重量％〜約１重量％、又は約０．５重量％〜約１重量％の研磨剤を含み得る。
研磨は、以下の式を有する化合物から選択されるコバルト促進剤を含む。式は、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３であり、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである。
コバルト促進剤は、本明細書に記載された化合物の種類から選択された任意の適切なコバルト促進剤であり得る。好ましい実施形態において、コバルト促進剤は、イミノ二酢酸、２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、ビシン、ピコリン酸、ジピコリン酸、ヒスチジン、［（２−アミノ−２−オキソエチル）アミノ］酢酸、イミダゾール、Ｎ−メチルイミダゾール、リジン、又はこれらの組み合わせである。
コバルト促進剤は、任意の適切な濃度で、研磨組成物中に存在することができる。典型的には、コバルト促進剤は、約５ｍＭ以上、例えば、約１０ｍＭ以上、約１５ｍＭ以上、約２０ｍＭ以上、約２５ｍＭ以上、約３０ｍＭ以上、約３５ｍＭ以上、約４０ｍＭ以上、約４５ｍＭ以上、又は約５０ｍＭ以上の濃度で、研磨組成物中に存在することができる。あるいは、又は加えて、コバルト促進剤は、約１００ｍＭ以下、例えば、約９５ｍＭ以下、約９０ｍＭ以下、約８５ｍＭ以下、約８０ｍＭ以下、約７５ｍＭ以下、約７０ｍＭ以下、約６５ｍＭ以下、又は約６０ｍＭ以下の濃度で、研磨組成物中に存在することができる。従って、コバルト促進剤は、上記の端点の任意の２つにより規定される濃度で、研磨組成物中に存在することができる。例えば、コバルト促進剤は、約５ｍＭ〜約１００ｍＭ、例えば、約５ｍＭ〜約９０ｍＭ、約５ｍＭ〜約８０ｍＭ、約５ｍＭ〜約７０ｍＭ、約５ｍＭ〜約６０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約１０ｍＭ〜約９０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約８０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約７０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約６０ｍＭ、約２０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約２０ｍＭ〜約９０ｍＭ、約２０ｍＭ〜約８０ｍＭ、約２０ｍＭ〜約７０ｍＭ、又は約２０ｍＭ〜約６０ｍＭの濃度で、研磨組成物中に存在することができる。
研磨組成物は、コバルト腐食抑制剤を含む。コバルト腐食抑制剤は、任意の適切なコバルト腐食抑制剤であり得る。一実施形態では、コバルト腐食抑制剤は、アニオン性頭部基と、Ｃ８〜Ｃ１４の脂肪族末端基、例えば、Ｃ８〜Ｃ１４のアルキル末端基、又はＣ８〜Ｃ１４のアルケニル末端基とを含む。アニオン性頭部基は、任意の適切なアニオン性頭部基であり得る。好ましい実施形態では、コバルト腐食抑制剤は、以下の構造を有するサルコシン誘導体を含む。その式は、Ｒ−ＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＯＯＨであり、式中、ＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＯＯＨは頭部基を形成し、Ｒは末端基を形成する。Ｒ基は、一般的にＣ８〜Ｃ１３の脂肪族基であり、Ｃ８〜Ｃ１３のアルキル基、又はＣ８〜Ｃ１３のアルケニル基、例えば、Ｃ８のアルキル基、Ｃ９のアルキル基、Ｃ１０のアルキル基、Ｃ１１のアルキル基、Ｃ１２のアルキル基、Ｃ１３のアルキル基、Ｃ８のアルケニル基、Ｃ９のアルケニル基、Ｃ１０のアルケニル基、Ｃ１１のアルケニル基、Ｃ１２のアルケニル基、又はＣ１３のアルケニル基であり得る。コバルト腐食抑制剤がサルコシン誘導体である好ましい実施形態では、末端基の従来の呼称は、炭素数を数える目的でＲ基に結合したカルボニル基を含む。従って、Ｃ１２サルコシネートは、ラウロイルサルコシネートを意味する。末端基が、二重結合が末端基の末端に存在しないアルケニル基である場合に、アルケニル基は、Ｅ配置若しくはＺ配置を有することができ、又はＥ異性体及びＺ異性体の混合物であり得る。コバルト腐食抑制剤は、単一の化合物であり得るか、又はアニオン性頭部基及びＣ８〜Ｃ２０の脂肪族末端基を有する２つ以上の化合物の混合物であり得るか、若しくはＣ７〜Ｃ１９の脂肪族Ｒ基を有する、本明細書に記載された２つ以上のサルコシン誘導体の混合物であり得るが、但し、化合物の約７５重量％以上（例えば、約８０重量％以上、約８５重量％以上、約９０重量％以上、又は約９５重量％以上）は、アニオン性頭部基及びＣ８〜Ｃ１４の脂肪族末端基を含むか、又はＣ８〜Ｃ１３の脂肪族Ｒ基を有するサルコシン誘導体である。
研磨組成物は、任意の適切な量のコバルト腐食抑制剤を含み得る。研磨組成物は、約１ｐｐｍ以上、例えば、約５ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約２０ｐｐｍ以上、約３０ｐｐｍ以上、約４０ｐｐｍ以上、又は約５０ｐｐｍ以上のコバルト腐食抑制剤を含み得る。あるいは、又は加えて、研磨組成物は、約１０００ｐｐｍ以下、例えば、約９００ｐｐｍ以下、約８００ｐｐｍ以下、約７００ｐｐｍ以下、約６００ｐｐｍ以下、約５００ｐｐｍ以下、約４００ｐｐｍ以下、約３００ｐｐｍ以下、又は約２００ｐｐｍ以下のコバルト腐食抑制剤を含み得る。従って、研磨組成物は、上記の端点の任意の２つにより規定される量のコバルト腐食抑制剤を含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約９００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約７００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約６００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、又は約５０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍのコバルト腐食抑制剤を含み得る。
研磨組成物のｐＨに応じて、上記のサルコシン誘導体は、塩の形態（例えば、金属塩、又はアンモニウム塩等）、若しくは酸の形態、又は酸及びその塩の混合物として存在することができることを理解されたい。サルコシン誘導体の酸の形態若しくは塩の形態、又はその混合物は、研磨組成物の調整における使用に適している。
研磨組成物は、遷移金属を酸化する酸化剤を含む。好ましくは、酸化剤はコバルトを酸化させる。酸化剤は、研磨組成物のｐＨにおいて、コバルトを酸化させるのに十分な大きさの酸化電位を有する任意の適切な酸化剤であり得る。好ましい実施形態では、酸化剤は、過酸化水素である。
研磨組成物は、任意の適切な量の酸化剤を含み得る。研磨組成物は、好ましくは、約１０重量％以下（例えば、約８重量％以下、約６重量％以下、約４重量％以下、約２重量％以下、約１重量％以下、又は約０．５重量％以下）の過酸化水素を含む。
研磨組成物は、任意の適切なｐＨを有し得る。典型的には、研磨組成物は、約３以上、例えば、約３．５以上、約４以上、約４．５以上、約５以上、約５．５以上、約６以上、約６．５以上、又は約７以上のｐＨを有し得る。あるいは、又は加えて、研磨組成物は、約８．５以下、例えば、約８．４以下、約８．３以下、約８．２以下、約８．１以下、又は約８以下のｐＨを有し得る。従って、研磨組成物は、研磨組成物に関して記載された上記端点の任意の２つにより規定されるｐＨを有し得る。例えば、研磨組成物は、約３〜約８．５、例えば、約３．５〜約８．５、約４〜約８．５、約４．５〜約８．５、約５〜約８．５、約５．５〜約８．５、約６〜約８．５、約６．５〜約８．５、約６．５〜約８．４、約６．５〜約８．３、約６．５〜約８．２、約６．５〜約８．１、又は約６．５〜約８のｐＨを有し得る。
研磨組成物のｐＨは、任意の適切な酸又は塩基を用いて調整することができる。適切な酸の非限定的な例として、硝酸、硫酸、リン酸、及び酢酸等の有機酸が挙げられる。適切な塩基の非限定的な例として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化アンモニウムが挙げられる。
化学機械研磨組成物は、必要に応じて更に１つ又は複数の添加剤を含む。例示の添加剤は、コンディショナ、酸（例えば、スルホン酸）、錯化剤（例えば、アニオン性高分子錯化剤）、キレート剤、殺生物剤、スケール抑制剤、分散剤等を含む。
殺生物剤は、存在する場合、任意の好適な殺生物剤であることができ、任意の適切な量で研磨組成物中に存在することができる。適切な殺生物剤は、イソチアゾリノン殺生物剤である。研磨組成物中の殺生物剤の量は、一般的には、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、好ましくは約１０ｐｐｍ〜約４０ｐｐｍ、より好ましくは約２０ｐｐｍ〜約３０ｐｐｍである。
研磨組成物は、任意の適切な技術によって調整され得るが、その技術の多くが当業者に既知である。研磨組成物は、バッチ処理又は連続処理で調整され得る。一般に、研磨組成物は、任意の順序で、その構成成分を混合することによって調整され得る。本明細書で使用される場合、「構成成分」という用語は、個々の成分（例えば、研磨剤、コバルト促進剤、コバルト腐食抑制剤、酸化剤、任意のｐＨ調整剤等）と同様に、任意の成分（例えば、研磨剤、コバルト促進剤、コバルト腐食抑制剤、酸化剤、任意のｐＨ調整剤等）の混合物をも含む。
例えば、研磨剤は水中で分散され得る。次に、コバルト促進剤及びコバルト腐食抑制剤を加え、構成成分を研磨組成物に組み込むことができる任意の方法によって混合しても良い。研磨組成物の調整中のいつでも酸化剤を加えて良い。研磨組成物は、使用する直前（例えば、使用前約１分以内若しくは使用前約１時間以内、使用前約７日以内、又は使用前約１４日以内）に、研磨組成物に加えられる酸化剤等の１つ又は複数の構成成分を用いて、使用前に調整され得る。また、研磨組成物は、研磨中に、基板の表面で該構成成分を混合することによって調整され得る。
研磨組成物は、研磨剤、コバルト促進剤、コバルト腐食抑制剤、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び水を含む一液型システムとして供給され得る。あるいは、研磨剤は、第１の容器に水分散系として供給され得、並びにコバルト促進剤、コバルト腐食抑制剤、酸化剤、及び任意のｐＨ調整剤は、第２の容器に、乾燥形態で、又は溶液系若しくは水分散系として供給され得る。酸化剤は、望ましくは、研磨組成物の他の構成成分とは別に供給され、例えば、使用直前（例として、使用前２週間以内、使用前１週間以内、使用前１日以内、使用前１時間以内、使用前１０分以内、又は使用前１分以内）に、エンドユーザーによって、研磨組成物の他の構成成分と混合される。第１の容器又は第２の容器における構成成分は、乾燥形態であり得るが、もう一方の容器における構成成分は、水分散の形態であり得る。更に、第１の容器及び第２の容器における構成成分は、異なるｐＨ値を有することが好適であるが、代替として、実質的に同様又は等しいｐＨ値を有しても良い。研磨組成物の構成成分の他の２つの容器、又は３つ以上の容器の組み合わせは、当業者の知識の範囲内である。
また、本発明の研磨組成物は、使用前に、適量の水で希釈されることを意図した濃縮物として供給され得る。こうした実施形態では、研磨組成物の濃縮物は、研磨剤、コバルト促進剤、コバルト腐食抑制剤、及び任意のｐＨ調整剤を、酸化剤と共に又は酸化剤なしで含むことができ、その量は、適量の水を用いて、及び酸化剤が適量に満たない場合には酸化剤と共に濃縮物を希釈した場合に、研磨組成物の各構成成分が、研磨組成物中に、各構成成分について上述した適正範囲内の量で存在する程度の量である。例えば、研磨剤、コバルト促進剤、コバルト腐食抑制剤、及び任意のｐＨ調整剤は、各構成成分について上述した濃度よりも約２倍（例えば、約３倍、約４倍、又は約５倍）多い量で濃縮物中にそれぞれ存在することができ、その結果、濃縮物が、同量の水（例えば、それぞれ２倍量の水、３倍量の水、又は４倍量の水）で、適量の酸化剤と共に希釈された場合に、各構成成分は、各構成成分について上述した範囲内の量で研磨組成物に存在することになる。更に、当業者によって理解されるように、濃縮物は、他の構成成分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ことを保証するために、最終研磨組成物に存在する水の適正な割合を含有することができる。
本発明は、また、（ｉ）基板を研磨パッド及び本明細書に記載された化学機械研磨組成物と接触させることと、（ｉｉ）化学機械研磨組成物を基板と研磨パッドの間に有した状態で基板に対して研磨パッドを動かすことと、（ｉｉｉ）基板を研磨するために基板の少なくとも一部を研削することと、を含む、基板を化学的機械的研磨する方法を提供する。
本発明の方法を用いて研磨される基板は、任意の適切な基板、特にコバルトを含有する基板であり得る。好ましい基板は、コバルトを含み、コバルトから実質的になり、又はコバルトからなる、少なくとも１層、特に研磨のための露出層を含み、従って、該コバルトの少なくとも一部分が、基板を研磨するために研削（即ち、除去）される。特に適切な基板は、半導体産業で用いられるウェーハを含むが、これに限定されるものではない。ウェーハは、典型的には、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合材、金属合金、低誘電材料、若しくはこれらの組み合わせを含むか、又は金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合材、金属合金、低誘電材料、若しくはこれらの組み合わせからなる。本発明の方法は、また、ガスタービン及びジェット航空機エンジン用のタービン翼、整形外科用インプラント、股置換及び膝置換等の人工関節部分、歯科補綴、高速スチールドリルビット、並びに永久磁石に利用可能なコバルト及びコバルト合金を含む基板を研磨するのにおいても有用である。
本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と併せて使用するのに特に適している。一般的には、該装置は、使用時に動きを有する、及び環状、直線状、又は円状の動きから生じる速度を有するプラテンと、作動時にプラテンと接触してプラテンと共に動く研磨パッドと、研磨パッドの表面に接触して、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板を保持するキャリアと、を含む。基板の研磨は、基板を研磨するために基板の少なくとも一部分を研削するように、基板が研磨パッド及び本発明の研磨組成物と接触して配置され、次いで研磨パッドが基板に対して動くことによって行われる。
基板は、任意の適切な研磨パッド（例えば研磨面）を用いて化学機械研磨組成物によって平坦化され、又は研磨され得る。適切な研磨パッドは、例えば、織布研磨パッド及び不織布研磨パッドを含む。更に、適切な研磨パッドは、様々な密度、堅さ、厚さ、圧縮率、圧縮に対する反発弾性力、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、ポリイソシアヌレート、これらの共形成物、及びこれらの混合物を含む。
望ましくは、ＣＭＰ装置は更にｉｎ ｓｉｔｕ研磨終点検出システムを含み、それらの多くは当該技術分野で既知である。被加工物の表面から反射した光又は他の放射を解析することによって、研磨プロセスを検査及びモニタリングする技術は、当該技術分野において既知である。そのような方法は、例えば、米国特許第５１９６３５３号、米国特許第５４３３６５１号、米国特許第５６０９５１１号、米国特許第５６４３０４６号、米国特許第５６５８１８３号、米国特許第５７３０６４２号、米国特許第５８３８４４７号、米国特許第５８７２６３３号、米国特許第５８９３７９６号、米国特許第５９４９９２７号、及び米国特許第５９６４６４３号に記載されている。望ましくは、研磨されている被加工物に対する研磨プロセスの進行を検査又はモニタリングすることは、研磨終点の決定を可能にする。即ち、特定の被加工物に対して、研磨プロセスを終了させる時点の決定を可能にする。
化学機械研磨プロセスは、基板の除去速度、ディッシング、及びエロージョンに関して等の、多くの点で特徴づけられ得る。
基板の除去速度は、任意の適切な技術を用いて測定され得る。基板の除去速度を測定する適切な技術の例として、単位研磨時間あたりに除去される基板の量を測定するために、本発明の研磨方法の使用前後での基板の重量を測定することが挙げられ、これは、単位研磨時間あたりに除去される基板の厚さに換算した除去速度と相関し得る。また、単位研磨時間あたりの基板の除去速度を直接的に測定するために、本発明の研磨方法の使用前後での基板の厚さを測定することが挙げられる。
いかなる特定の理論に束縛されることを望まないが、３〜８．５のｐＨ範囲では、コバルト表面は、薄い酸化物−水酸化物層で構成される。Ｃｏ２＋表面は、加水分解して、以下の反応式に示すようにコバルトカチオン及び水酸化物アニオンに解離し得る弱塩基であるＣｏ（ＯＨ）２を形成し得る。
ＣｏＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃｏ（ＯＨ）２→Ｃｏ２＋＋２ＯＨ−
ＣｏＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃｏ（ＯＨ）２→Ｃｏ２＋＋２ＯＨ−
効果的なコバルト促進剤は、不動態化されたコバルト表面が付随して形成されることによってｐＨが増加するのを回避するために、Ｃｏ２＋をキレート化し、加えて、形成された水酸化物を効率的に中和すると考えられる。アミン官能基を含む促進剤は、下記の反応式に示すように、コバルトと反応することができる。
Ｃｏ２＋＋２ＯＨ−＋２ＲＮＨ→Ｃｏ（ＲＮ）２＋２Ｈ２Ｏ
Ｃｏ２＋＋２ＯＨ−＋２ＲＮＨ→Ｃｏ（ＲＮ）２＋２Ｈ２Ｏ
従って、アミノ基含有促進剤は、Ｃｏ２＋をキレート化あるいは配位結合させ、加えて、形成された水酸化物を効率的に中和することもできる。
更に、３〜８．５のｐＨ範囲では、コバルト表面は正に帯電すると考えられる。アニオン性頭部基及び脂肪族末端基を含む腐食抑制剤は、コバルト表面で静電引力を介して集まると考えられる。本特定の実施形態では、効果的なコバルト促進剤は、コバルト表面でコバルト腐食抑制剤と競合し、従ってコバルト除去速度の増加を可能にするために、研磨組成物のｐＨにおいて負の実効電荷を有する。
本発明は、以下の実施形態によって例示される。
実施形態１ 化学機械研磨組成物であって、
（ａ）研磨粒子と、
（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、前記コバルト促進剤と、
（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、
（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ）水と、を含み、
前記研磨組成物が、約３〜約８．５のｐＨを有する、前記化学機械研磨組成物。
実施形態２ 前記研磨組成物が、約０．１重量％〜約２重量％の研磨粒子を含む、実施形態１に記載の研磨組成物。
実施形態３ 前記コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、ピコリン酸、ジピコリン酸、ビシン、［（２−アミノ−２−オキソエチル）アミノ］酢酸、リジン、イミダゾール、ヒスチジン、２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、及びこれらの組み合わせから選択される、実施形態１又は実施形態２に記載の研磨組成物。
実施形態４ 前記コバルト促進剤が、約５ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、実施形態１から実施形態３の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態５ 前記コバルト腐食抑制剤が、アニオン性頭部基と、Ｃ８〜Ｃ１４の脂肪族末端基とを含む、実施形態１から実施形態４の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態６ 前記コバルト腐食抑制剤が、以下の式：ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨを有し、式中、ＲはＣ８〜Ｃ１３の脂肪族基である、実施形態１に記載の研磨組成物。
実施形態７ 前記研磨組成物が、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの前記コバルト腐食抑制剤を含む、実施形態１から実施形態６の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態８ 前記酸化剤が過酸化水素である、実施形態１から実施形態７の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態９ 前記研磨組成物が約７〜約８のｐＨを有する、実施形態１から実施形態８の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態１０ 基板を化学的機械的研磨する方法であって、
（ｉ）基板を研磨パッド及び実施形態１から実施形態９の何れか１つに記載の化学機械研磨組成物と接触させることと、
（ｉｉ）前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して動かすことと、
（ｉｉｉ）前記基板を研磨するために、前記基板の少なくとも一部を研削することと、を含む、前記方法。
実施形態１１ 前記基板がコバルトを含み、及び前記コバルトの少なくとも一部が、前記基板を研磨するために研削される、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１２ 前記基板が半導体デバイスを含む、実施形態１０又は実施形態１１に記載の方法。
実施形態１ 化学機械研磨組成物であって、
（ａ）研磨粒子と、
（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、前記コバルト促進剤と、
（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、
（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ）水と、を含み、
前記研磨組成物が、約３〜約８．５のｐＨを有する、前記化学機械研磨組成物。
実施形態２ 前記研磨組成物が、約０．１重量％〜約２重量％の研磨粒子を含む、実施形態１に記載の研磨組成物。
実施形態３ 前記コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、ピコリン酸、ジピコリン酸、ビシン、［（２−アミノ−２−オキソエチル）アミノ］酢酸、リジン、イミダゾール、ヒスチジン、２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、及びこれらの組み合わせから選択される、実施形態１又は実施形態２に記載の研磨組成物。
実施形態４ 前記コバルト促進剤が、約５ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、実施形態１から実施形態３の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態５ 前記コバルト腐食抑制剤が、アニオン性頭部基と、Ｃ８〜Ｃ１４の脂肪族末端基とを含む、実施形態１から実施形態４の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態６ 前記コバルト腐食抑制剤が、以下の式：ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨを有し、式中、ＲはＣ８〜Ｃ１３の脂肪族基である、実施形態１に記載の研磨組成物。
実施形態７ 前記研磨組成物が、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの前記コバルト腐食抑制剤を含む、実施形態１から実施形態６の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態８ 前記酸化剤が過酸化水素である、実施形態１から実施形態７の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態９ 前記研磨組成物が約７〜約８のｐＨを有する、実施形態１から実施形態８の何れか１つに記載の研磨組成物。
実施形態１０ 基板を化学的機械的研磨する方法であって、
（ｉ）基板を研磨パッド及び実施形態１から実施形態９の何れか１つに記載の化学機械研磨組成物と接触させることと、
（ｉｉ）前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して動かすことと、
（ｉｉｉ）前記基板を研磨するために、前記基板の少なくとも一部を研削することと、を含む、前記方法。
実施形態１１ 前記基板がコバルトを含み、及び前記コバルトの少なくとも一部が、前記基板を研磨するために研削される、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１２ 前記基板が半導体デバイスを含む、実施形態１０又は実施形態１１に記載の方法。
以下の実施例は本発明を更に例示するが、言うまでもなく、その範囲を何ら限定するものとして解釈されるべきではない。
実施例１
本実施例は、コバルト促進剤を、コバルト腐食抑制剤なしで含む研磨組成物によって示されるコバルト除去速度を明示する。コバルトのブランケット層を含む個々の基板を、研磨組成物１Ａ〜１Ｖを用いて研磨した。研磨組成物１Ａ〜１Ｓは、本発明の研磨組成物である。研磨組成物１Ｔ〜１Ｖは、比較用の研磨組成物である。全ての研磨組成物は、７０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカ０．５重量％（シリカは扶桑化学工業株式会社（日本）から入手）と、ｐＨ５〜７の過酸化水素１重量％と、約４０ｍＭ濃度の促進剤とを含有した。表１に促進剤について記載した。研磨後に、コバルト除去速度を測定したが、その結果を表１に示す。相対速度は、グリシンを含有する研磨組成物１Ｒで観測された除去速度を基準として計算している。
本実施例は、コバルト促進剤を、コバルト腐食抑制剤なしで含む研磨組成物によって示されるコバルト除去速度を明示する。コバルトのブランケット層を含む個々の基板を、研磨組成物１Ａ〜１Ｖを用いて研磨した。研磨組成物１Ａ〜１Ｓは、本発明の研磨組成物である。研磨組成物１Ｔ〜１Ｖは、比較用の研磨組成物である。全ての研磨組成物は、７０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカ０．５重量％（シリカは扶桑化学工業株式会社（日本）から入手）と、ｐＨ５〜７の過酸化水素１重量％と、約４０ｍＭ濃度の促進剤とを含有した。表１に促進剤について記載した。研磨後に、コバルト除去速度を測定したが、その結果を表１に示す。相対速度は、グリシンを含有する研磨組成物１Ｒで観測された除去速度を基準として計算している。
表１に記載した結果から明らかなように、４０ｍＭの促進剤を含有する本発明の研磨組成物１Ａ〜１Ｑは、グリシンを含有する比較用の研磨組成物１Ｒよりも約１．９〜４．０倍大きいコバルト除去速度を示した。
実施例２
本実施例は、コバルト促進剤を、コバルト腐食抑制剤と共に及びコバルト腐食抑制剤なしで含む、研磨組成物によって示されるコバルト除去速度を明示する。
本実施例は、コバルト促進剤を、コバルト腐食抑制剤と共に及びコバルト腐食抑制剤なしで含む、研磨組成物によって示されるコバルト除去速度を明示する。
コバルトブランケット層を含む１６枚の同様な基板を、１６種の異なる研磨組成物を用いて、個々に片側研磨した。各研磨組成物は、１重量％の湿式法シリカと、１重量％の過酸化水素とを含んだ。個々の研磨組成物は、更に、コバルト促進剤として、ビシン、ＨＥＰＥＳ（（４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジンエタンスルホン酸））、エタノールアミン、Ｎ−メチルイミダゾール、トリエタノールアミン、ニトリロ三酢酸、ジピコリン酸、又はイミノ二酢酸を含有し、及び、コバルト腐食抑制剤を含有していないか、又は７５ｐｐｍのＮ−ココイルサルコシン（即ち、コバルト腐食抑制剤）を含有した。
研磨後に、コバルト除去速度を各基板に対して測定した。その結果を表２に示す。表２は、更に、コバルト腐食抑制剤の存在下で観測された除去速度を、コバルト腐食抑制剤の非存在下の除去速度と比較した場合の変化率を示し、また、記載されたｐＨでのコバルト腐食抑制剤の実効電荷を示す。
表１に記載した結果から明らかなように、研磨組成物のｐＨにおいて負の実効電荷を有する、コバルト促進剤存在下の研磨組成物は、約−２７％減少〜約＋３％微増の範囲のコバルト除去速度を示した。研磨組成物のｐＨにおいて中性の実効電荷又は正の実効電荷を有する、コバルト促進剤存在下の研磨組成物は、約−９９％減少〜約−８２％減少の範囲の、実質的に減少したコバルト除去速度を示した。
実施例３
本実施例は、本発明の実施形態による、コバルト促進剤としてイミノ二酢酸を含む研磨組成物によって示されるコバルト除去速度を明示する。
本実施例は、本発明の実施形態による、コバルト促進剤としてイミノ二酢酸を含む研磨組成物によって示されるコバルト除去速度を明示する。
コバルトブランケット層を含む５枚の別個の基板を、５種の異なる研磨組成物（研磨組成物３Ａ〜３Ｅ）を用いて、個々に片側研磨した。全ての研磨組成物は、７０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカ２重量％、又は１００ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカ２重量％（双方のシリカは扶桑化学工業株式会社（日本）から入手）と、ｐＨ７〜８の過酸化水素１重量％とを含有した。研磨組成物３Ａ（本発明）は、４１ｍＭ濃度のイミノ二酢酸と、７０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカとを更に含有した。研磨組成物３Ｂ（本発明）は、４１ｍＭ濃度のイミノ二酢酸と、１００ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカとを更に含有した。研磨組成物３Ｃ（本発明）は、１００ｍＭ濃度のイミノ二酢酸と、１００ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカとを更に含有した。研磨組成物３Ｄ（比較用）は、４１ｍＭ濃度のグリシンと、７０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカとを更に含有した。研磨組成物３Ｅ（比較用）は、１００ｍＭ濃度のグリシンと、１００ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式法シリカとを更に含有した。
研磨後に、コバルト除去速度を各基板に対して測定した。その結果を表３に示す。
表３に記載した結果から明らかなように、イミノ二酢酸を含有する本発明の研磨組成物３Ａ〜３Ｃは、グリシンを含有する比較用の研磨組成物３Ｄ及び３Ｅよりも約１．９３〜２．２６倍大きいコバルト除去速度を示した。
本明細書で引用された刊行物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が個別に、及び具体的に参照により組み入れられるように示され、その全体が本明細書に記載されているのと同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
（特に添付の特許請求の範囲の文脈において）本発明を説明する文脈における用語「ａ」及び「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１つ」、並びに同様の指示対象の使用は、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数形及び複数形の両方を包含するものと解釈されるべきである。１つ又は複数の項目のリストに続く用語「少なくとも１つ」（例えば、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、リストされた項目から選択された一(1)項目（Ａ又はＢ）を意味するか、又はリストされた項目の２つ以上の任意の組み合わせ（Ａ及びＢ）を意味すると解釈されるべきである。「具備する」、「有する」、「含む」及び「含有する」という用語は、別段の記載がない限り、制限のない用語（即ち、「含むが、これに限定されない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書中の値の範囲の列挙は、本明細書中で特に指示のない限り、単に範囲内の各別個の値を個別に指す簡略方法として役立つことを意図しているに過ぎず、それぞれの別個の値は、本明細書中に個別に列挙されているかのように、本明細書中に盛り込まれる。本明細書中に記載される全ての方法は、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実施され得る。本明細書で提供される任意の及び全ての例、又は例示的な用語（例えば「等」）の使用は、単に本発明をよりよく示すことを意図しており、別段の主張がない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる言葉も、本発明の実施に必須の任意の主張する要素を示すものとして、解釈されるべきである。
本発明を実施するために本発明者らに周知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態を本明細書に記載する。これらの好ましい実施形態の変形は、上記の説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。本発明者らは、当業者がこのような変形を適切に使用することを期待しており、本発明者らは本発明が本明細書に具体的に記載されたものとは別の方法で実施されることを意図する。従って、本発明は、適用法によって許容されるように、添付の特許請求の範囲に記載された主題の全ての改変及び同等物を含む。更に、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、それらの全ての可能な変形における上述の要素の任意の組み合わせが本発明に包含される。
Claims (20)
- 化学機械研磨組成物であって、
（ａ）研磨粒子と、
（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸；及びこれらの組み合わせである、前記コバルト促進剤と、
（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、
（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ）水と、を含み、
前記研磨組成物が、約３〜約８．５のｐＨを有する、前記化学機械研磨組成物。 - 前記研磨組成物が、約０．１重量％〜約２重量％の研磨粒子を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、ピコリン酸、ジピコリン酸、ビシン、［（２−アミノ−２−オキソエチル）アミノ］酢酸、リジン、イミダゾール、ヒスチジン、２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１又は請求項２に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト促進剤が、約５ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト腐食抑制剤が、アニオン性頭部基と、Ｃ８〜Ｃ１４の脂肪族末端基とを含む、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト腐食抑制剤が、以下の式：ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨを有し、式中、ＲはＣ８〜Ｃ１３の脂肪族基である、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記研磨組成物が、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの前記コバルト腐食抑制剤を含む、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の研磨組成物。
- 前記研磨組成物が約７〜約８のｐＨを有する、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の研磨組成物。
- 基板を化学的機械的研磨する方法であって、
（ｉ）研磨パッド、及び、
（ａ）研磨粒子と、
（ｂ）以下の式ＮＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物から選択されるコバルト促進剤であって、式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル、及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの何れもが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸ではないか、又はＲ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの１つが、水素；ジカルボキシ複素環；ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸；Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸；非置換複素環；アルキル置換複素環；置換アルキル−置換複素環；Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸である、前記コバルト促進剤と、
（ｃ）コバルト腐食抑制剤と、その組み合わせと、
（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ）水と、を含む、化学機械研磨組成物であって、
前記研磨組成物が、約３〜約８．５のｐＨを有する、前記化学機械研磨組成物を、基板と接触させることと、
（ｉｉ）前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して動かすことと、
（ｉｉｉ）前記基板を研磨するために、前記基板の少なくとも一部を研削することと、を含む、前記方法。 - 前記研磨組成物が、約０．１重量％〜約２重量％の研磨粒子を含む、請求項１０に記載の方法。
- 前記コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、ピコリン酸、ジピコリン酸、ビシン、［（２−アミノ−２−オキソエチル）アミノ］酢酸、リジン、イミダゾール、ヒスチジン、２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
- 前記コバルト促進剤が、約５ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１０から請求項１２の何れか１項に記載の方法。
- 前記コバルト腐食抑制剤が、アニオン性頭部基と、Ｃ８〜Ｃ１４の脂肪族末端基とを含む、請求項１０から請求項１３の何れか１項に記載の方法。
- 前記コバルト腐食抑制剤が、以下の式：ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨを有し、式中、ＲはＣ８〜Ｃ１３の脂肪族基である、請求項１０に記載の方法。
- 前記研磨組成物が、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの前記コバルト腐食抑制剤を含む、請求項１０から請求項１５の何れか１項に記載の方法。
- 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項１０から請求項１６の何れか１項に記載の方法。
- 前記研磨組成物が約７〜約８のｐＨを有する、請求項１０から請求項１７の何れか１項に記載の方法。
- 前記基板が、コバルトを含み、及び前記コバルトの少なくとも一部が、前記基板を研磨するために研削される、請求項１０から請求項１８の何れか１項に記載の方法。
- 前記基板が半導体デバイスを含む、請求項１０から請求項１９の何れか１項に記載の方法。
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