JP2022511534A - 窒化ケイ素ｃｍｐのための組成物および方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、窒化ケイ素含有基板を研磨するための化学機械研磨組成物を提供する。組成物は、水性キャリアと、水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ粒子であって、カチオン性シリカ研削粒子が、研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ研削粒子と、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤であって、ポリエーテルアミンおよびポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の対応する重量平均分子量を有する、研磨添加剤と、を含む。組成物は、約６超のｐＨを有する。窒化ケイ素含有基板を研磨するための方法も提供される。

Description

基板の表面を平坦化または研磨するための組成物および方法は、当該技術分野において周知である。研磨組成物（研磨スラリーとしても知られる）は、典型的には、液体キャリア中に研削材料を含有し、研磨組成物で飽和させた研磨パッドに表面を接触させることによって表面に適用される。典型的な研削材料は、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、および酸化スズを含む。研磨組成物は、典型的には、研磨パッド（例えば研磨布またはディスク）とともに組み合わせて使用される。研磨組成物中に懸濁される代わりに、またはそれに加えて、研削材料は、研磨パッドに組み込まれてもよい。
超小型電子トランジスタの形成では、少なくとも２つの化学機械研磨（ＣＭＰ）ステップを使用するポリオープン研磨プロセスが有用である。窒化ケイ素などのハードマスクは、ゲート酸化物層およびポリシリコン層を有する基板上に堆積される。二酸化ケイ素などのレベル間誘電体材料を窒化ケイ素層上に堆積して、基板を覆う。第１のＣＭＰプロセスを使用して、好ましくは窒化ケイ素層上に留まるようにレベル間誘電体層の一部分を除去する。次いで、第２のＣＭＰプロセスを使用して、ポリシリコン層を覆う窒化ケイ素層を除去して、ポリシリコンを露出させる。非常に平坦な表面を達成するために、酸化ケイ素およびポリシリコンを上回る、窒化ケイ素に対する選択性を有する研磨組成物を使用することが望ましい。
別の用途では、超小型電子トランジスタは、金属ゲートと自己整合接触構造との両方を含む。典型的には、金属ゲートは、自己整合接触構造を形成するプロセス中に金属ゲートがエッチングされるのを防止するために、自己整合接触構造を形成する前に窒化ケイ素などのハードマスク層によって覆われる。次いで、ＣＭＰプロセスを使用して、余分な窒化ケイ素を表面から除去する。非常に平坦な表面を効率的に達成するために、高い窒化ケイ素の除去速度を有し、低い欠陥を生じる研磨組成物を使用することが望ましい。
窒化ケイ素（「ＳｉＮ」）対酸化ケイ素の高い選択性を提供する既存のプラットフォームは、アニオン性シリカまたはセリア系である。例えば、オルトケイ酸テトラエチル（「ＴＥＯＳ」）用途での選択的窒化物研磨停止のための１つの一般的な方法は、ｐＨ７．０のカチオン性セリア粒子およびポリビニルイミダゾールなどのカチオン性抑制剤を含む。しかしながら、長期的なスラリー安定性の問題、小さいツール／プロセス条件の変動に起因する一貫性のない選択性能、および洗浄にフッ化水素を必要とするセリア欠陥問題により、既存のプラットフォームは顧客にとって理想的な解決策ではない。
加えて、特にセリア研削剤を含むいくつかの既存の研磨組成物は、ある特定の濃度を超えると研磨組成物の不安定性のために濃縮される能力が制限され、研削成分の沈殿につながる。したがって、濃縮された研磨組成物の不安定性によって、より希釈された研磨組成物の製造が必要であり、これは輸送および保管されなければならない材料の量を増加させる。
したがって、当該技術分野において、さらに向上した分散安定性を呈しながら、窒化ケイ素の望ましい選択性を提供することができ、好適な除去速度、低い欠陥性、および好適なディッシング性能を有する、研磨組成物および方法が依然として必要とされている。
本発明は、窒化ケイ素含有基板を研磨するための化学機械研磨組成物を提供する。組成物は、水性キャリアと、水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ研削粒子であって、カチオン性シリカ研削粒子が、研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ研削粒子と、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤であって、ポリエーテルアミンおよびポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の対応する重量平均分子量を有する、研磨添加剤と、を含む。研磨組成物は、約６超のｐＨを有する。窒化ケイ素を含む基板を化学機械研磨するための方法が、さらに開示される。方法は、上述の研磨組成物と基板を接触させることと、研磨組成物を基板に対して動かすことと、基板を研削して基板から窒化ケイ素層の一部分を除去し、それによって基板を研磨することと、を含み得る。ある特定の実施形態では、方法は、有利にも、窒化ケイ素層の除去速度が酸化ケイ素層の除去速度の４倍を超えることを可能にすることができる。
窒化ケイ素含有基板を研磨するための化学機械研磨組成物が開示される。組成物は、水性キャリアと、水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ研削粒子であって、カチオン性シリカ研削粒子が、研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ研削粒子と、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤であって、ポリエーテルアミンおよびポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の対応する重量平均分子量を有する、研磨添加剤と、を含む。研磨組成物は、約６超のｐＨを有する。ある特定の実施形態では、ポリエーテルアミンおよびポリシラミンは、約６００ｇ／ｍｏｌ未満の対応する重量平均分子量を有し得る。
化学機械研磨組成物は、カチオン性シリカ研削粒子を含み、これは、望ましくは、水性キャリア（例えば、水）中に懸濁される。カチオン性シリカ研削粒子は、典型的には、微粒子形態である。好ましくは、カチオン性シリカ研削粒子は、シリカ粒子、具体的にはコロイダルシリカ粒子を含むか、本質的にそれからなるか、またはそれからなる。コロイダルシリカ粒子は、湿式プロセスを介して調製され、典型的には、非凝集の個々の離散粒子であり、一般に、球形またはほぼ球形であるが、他の形状（例えば、一般に楕円形、正方形、または長方形の断面を有する形状）を有し得る。このような粒子は、典型的には、熱処理または火炎加水分解プロセスを介して調製され、凝集一次粒子の鎖様構造である、ヒュームド粒子とは構造的に異なる。
粒子の粒径は、粒子を包含する最小球の直径である。カチオン性シリカ研削粒子は、任意の好適な粒径を有し得る。カチオン性シリカ研削粒子は、約５ｎｍ以上（例えば、約１０ｎｍ以上、約１５ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約４０ｎｍ以上、または約５０ｎｍ以上）の平均（すなわち、平均）粒径を有し得る。代替的にまたは加えて、カチオン性シリカ研削粒子は、約２００ｎｍ以下（例えば、約１８０ｎｍ以下、約１６０ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、または約５０ｎｍ以下）の平均粒径を有し得る。したがって、カチオン性シリカ研削粒子は、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される範囲内の平均粒径を有し得る。例えば、カチオン性シリカ研削粒子は、約５ｎｍ～約２００ｎｍ（例えば、約２０ｎｍ～約１８０ｎｍ、約１５ｎｍ～約１５０ｎｍ、約２０ｎｍ～約８０ｎｍ、または約２０ｎｍ～約６０ｎｍ）の平均粒径を有し得る。いくつかの実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、約２０ｎｍ～約８０ｎｍの平均粒径を有する。ある特定の実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、約５０ｎｍの平均粒径を有する。
任意の好適な量のカチオン性シリカ研削粒子が、研磨組成物中に存在し得る。いくつかの実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、約０．０００５重量％以上（例えば、約０．００１重量％以上、０．００２５重量％以上、約０．００５重量％以上、約０．０１重量％以上、約０．０２５重量％以上、または約０．０５重量％以上）の濃度で、研磨組成物中に存在し得る。典型的には、カチオン性シリカ研削粒子は、約０．０２５重量％以上（例えば、約０．０５重量％以上、約０．１重量％以上、約０．２５重量％以上、約０．５重量％以上、約１重量％以上、または約２重量％以上）の濃度で、研磨組成物中に存在する。代替的にまたは加えて、カチオン性シリカ研削粒子は、約３０重量％以下（例えば、約２５重量％以下、約２０重量％以下、約１５重量％以下、約１０重量％以下、約５重量％以下、約３重量％以下、または約２重量％以下）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。したがって、カチオン性シリカ研削粒子は、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、カチオン性シリカ研削粒子は、約０．０００５重量％～約１０重量％（例えば、約０．００１重量％～約１０重量％、約０．００５重量％～約１０重量％、約０．０１重量％～約１０重量％、約０．０５重量％～約１０重量％、約０．１重量％～約５重量％、約０．１重量％～約３重量％、約０．１重量％～約２重量％、または約０．２重量％～約２重量％）の濃度で、研磨組成物中に存在し得る。ある特定の実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、約０．０２５重量％～約１重量％の濃度で、研磨組成物中に存在する。
ある特定の実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、研磨組成物中で、（例えば、約６超のｐＨで、または約６～約８の範囲のｐＨで）約１０ｍＶ以上（例えば、約１５ｍＶ以上、約２０ｍＶ以上、約２５ｍＶ以上、または約３０ｍＶ以上）のゼータ電位を有する。カチオン性シリカ研削粒子は、研磨組成物中で、（例えば、約６超のｐＨで、または約６～約８の範囲のｐＨで）約５０ｍＶ以下（例えば、約４５ｍＶ以下、または約４０ｍＶ以下）のゼータ電位を有し得る。カチオン性シリカ研削粒子は、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される範囲のゼータ電位を有し得ることが理解されるであろう。例えば、カチオン性シリカ研削粒子は、研磨組成物中で、（約６超のｐＨで、または約６～約８の範囲のｐＨで）約１０ｍＶ～約５０ｍＶ（例えば、約１０ｍＶ～約４５ｍＶ、または約２０ｍＶ～約４０ｍＶ）の範囲のゼータ電位を有し得る。
ある特定の実施形態では、処理された研削粒子が研磨組成物中で（例えば、約６超、約７超、約７．５超、または約８超のｐＨで）約１０ｍＶ以上（例えば、約１５ｍＶ以上、約２０ｍＶ以上、約２５ｍＶ以上、または約３０ｍＶ以上）のゼータ電位を有するように、カチオン性シリカ研削粒子は、アミノシラン化合物で処理されたコロイダルシリカ粒子を含み得る。ある特定のこれらの実施形態では、研削粒子は、第４級アミノシラン化合物で処理されたコロイダルシリカ粒子を含む。このようなカチオン性コロイダルシリカ粒子は、例えば、その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許第７，９９４，０５７号および同第９，０２８，５７２号、または米国特許第９，３８２，４５０号に開示されるように、粒子を少なくとも１つのアミノシラン化合物で処理することによって得ることができる。また、研磨組成物中で約１０ｍＶ以上のゼータ電位を有するコロイダルシリカ粒子は、参照により本明細書に完全に組み込まれる、同一出願人による米国特許第９，４２２，４５６号に開示されるように、コロイダルシリカ粒子にアミノシラン化合物などの化学種を組み込むことを介して得ることができる。
例示的なカチオン性コロイダルシリカ粒子は、カチオン性コロイダルシリカ粒子を得るための任意の好適な処理方法を使用して処理することができることが理解されるであろう。例えば、第４級アミノシラン化合物およびコロイダルシリカを、研磨組成物の他の成分のうちの一部または全てと同時に添加してもよい。あるいは、コロイダルシリカは、研磨組成物中で他の成分と混合する前に、第４級アミノシラン化合物で（例えば、コロイダルシリカとアミノシランとの混合物を加熱することを介して）処理してもよい。
いくつかの実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、少なくとも１つのシラン化合物、アミノシラン化合物、ホスホノニウムシラン化合物、またはスルホニウムシラン化合物で処理されている表面を有する。ある特定の実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子の表面は、第１級アミノシラン、第２級アミノシラン、第３級アミノシラン、第４級アミノシラン、ダイポーダルアミノシラン、またはそれらの組み合わせで処理されている。好適なシラン化合物としては、アミノプロピルトリアルコキシシラン、ビス（２－ヒドロキシエチル）－３－アミノプロピルトリアルコキシシラン、ジエチルアミノメチルトリアルコキシシラン、（Ｎ，Ｎ－ジエチル－３－アミノプロピル）トリアルコキシシラン）、３－（Ｎ－スチリルメチル）－２－アミノエチルアミノプロピルトリアルコキシシラン、２－（Ｎ－ベンジルアミノエチル）－３－アミノプロピルトリアルコキシシラン、トリアルコキシシリルプロピル－Ｎ，Ｎ，Ｎ－塩化トリメチルアンモニウム、Ｎ－（トリアルコキシシリルエチル）ベンジル－Ｎ，Ｎ，Ｎ－塩化トリメチルアンモニウム、ビス（メチルジアルコキシシリルプロピル）－Ｎ－メチルアミン、ビス（トリアルコキシシリルプロピル）尿素、ビス（３－（トリアルコキシシリル）プロピル）－エチレンジアミン、およびビス（トリアルコキシシリルプロピル）アミンなどのアミノシランが挙げられる。上のアミノシラン化合物のアルコキシ基は、ハロゲン化物、アミン、およびカルボン酸塩などの他の加水分解性基で置換され得る。ある特定の実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子は、第４級アミノシラン、ダイポーダルアミノシラン、またはそれらの組み合わせで処理されている表面を有する。シラン化合物の選択は、部分的には、研磨される基板の種類に依存する。
好ましくは、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、未処理のカチオン性シリカ研削粒子の粒径と同じかそれよりも大きい粒径を有する。より具体的には、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、未処理のカチオン性シリカ粒子の粒径の約２倍未満、未処理のカチオン性シリカ粒子の粒径の約１．７倍未満、未処理のカチオン性シリカ粒子の粒径の約１．４倍未満、または未処理のカチオン性シリカ粒子の粒径の約１．２倍未満の粒径を有し得る。表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、好ましくは、未処理のカチオン性シリカ研削粒子の粒径とほぼ同じ粒径を有する。例えば、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約５ｎｍ以上（例えば、約１０ｎｍ以上、約１５ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約４０ｎｍ以上、または約５０ｎｍ以上）の平均粒径を有し得る。代替的にまたは加えて、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約２００ｎｍ以下（例えば、約１８０ｎｍ以下、約１６０ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、または約５０ｎｍ以下）の平均粒径を有し得る。したがって、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される範囲内の平均粒径を有し得る。例えば、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約５ｎｍ～約２００ｎｍ（例えば、約２０ｎｍ～約１８０ｎｍ、約１５ｎｍ～約１５０ｎｍ、約２０ｎｍ～約８０ｎｍ、または約２０ｎｍ～約６０ｎｍ）の粒径を有し得る。いくつかの実施形態では、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約２０ｎｍ～約８０ｎｍの平均粒径を有する。好ましい実施形態では、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約５０ｎｍの平均粒径を有する。
それらの多くは当業者に既知である、カチオン性シリカ研削粒子を表面処理する任意の好適な方法を、本発明に従って使用することができる。例えば、カチオン性シリカ研削粒子は、研磨組成物の他の成分と混合する前に、アミノシラン化合物で処理されてもよいか、またはアミノシランおよびカチオン性シリカ研削粒子を、研磨組成物の他の成分のうちの一部または全てと同時に添加されてもよい。
カチオン性シリカ研削粒子が処理されるシランは、カチオン性シリカ研削粒子上の利用可能なシラノール部位の全てを覆わないことが好ましい。典型的には、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約２％以上（例えば、約４％以上、約８％以上、または約１０％以上）の利用可能なシラノールの表面被覆率を有する。表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、好ましくは、約５０％以下（例えば、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、または約１０％以下）の利用可能なシラノールの表面被覆率を有する。したがって、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される範囲内の、利用可能なシラノールの表面被覆率を有し得る。例えば、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約２％～約５０％（例えば、約２％～約３０％、約２％～約２０％、または約４％～約１５％）の利用可能なシラノールの表面被覆率を有し得る。表面シラノール濃度は、表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子の標準値５ＳｉＯＨ／ｎｍ2、および表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子のＢＥＴ表面積を使用して推測することができる
アミノシラン化合物は、研磨組成物中に任意の好適な量で存在し得る。いくつかの実施形態では、研磨組成物は、約３０ｐｐｍ以上（例えば、約５０ｐｐｍ以上、約１００ｐｐｍ以上、約２００ｐｐｍ以上、約３００ｐｐｍ以上、約４００ｐｐｍ以上、または約５００ｐｐｍ以上）のアミノシラン化合物を含む。代替的にまたは加えて、研磨組成物は、約２０００ｐｐｍ以下（例えば、約１０００ｐｐｍ以下、約８００ｐｐｍ以下、または約６００ｐｐｍ以下のアミノシラン化合物を含む。したがって、研磨組成物は、約３０ｐｐｍ～約２０００ｐｐｍ（例えば、約１００ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍ、約２００ｐｐｍ～約８００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ～約７００ｐｐｍ、または約２７５ｐｐｍ～約６００ｐｐｍ）のアミノシラン化合物を含み得る。
粒子のゼータ電位とは、粒子を取り巻くイオンの電荷とバルク溶液（例えば、水性キャリアおよびその中に溶解した任意の他の構成要素）の電荷との間の差異を指す。したがって、正電荷を有するシリカ研削粒子（すなわち、カチオン性シリカ研削粒子）は、それらの動作ｐＨで正のゼータ電位を有するであろう。いくつかの実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子および／または表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約９．５以下（例えば、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４以下、または約３以下）のｐＨで正のゼータ電位を有する。ある特定の実施形態では、カチオン性シリカ研削粒子および／または表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約６超のｐＨで少なくとも＋１０ｍＶのゼータ電位を有する。したがって、カチオン性シリカ研削粒子および／または表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約６～約８のｐＨで、約＋１０ｍＶ以上（例えば、約＋１５ｍＶ以上、約＋２０ｍＶ以上、約＋２５ｍＶ以上、または約＋３０ｍＶ以上）のゼータ電位を有し得る。代替的にまたは加えて、カチオン性シリカ研削粒子および／または処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約６～約８のｐＨで、約＋６０ｍＶ以下（例えば、約＋５５ｍＶ以下、約＋５０ｍＶ以下、約＋４５ｍＶ以下、約＋４０ｍＶ以下、または約＋３５ｍＶ以下）のゼータ電位を有し得る。したがって、カチオン性シリカ研削粒子および／または表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、前述の終点のうちのいずれかによって制限される範囲内のゼータ電位を有し得る。例えば、カチオン性シリカ研削粒子および／または表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子は、約６～約８のｐＨで、約＋１０ｍＶ～約＋６０ｍＶ（例えば、約＋１０ｍＶ～約＋５０ｍＶ、約＋１５ｍＶ～約＋４０ｍＶ、または約＋２０ｍＶ～約＋４０ｍＶ）のゼータ電位を有し得る。
ある特定の実施形態では、研磨組成物は、窒化ケイ素層対酸化ケイ素層の研磨選択性を増加するための研磨添加剤を含み得る。例えば、研磨添加剤は、窒化ケイ素対酸化ケイ素の選択性が、約１：１超であり得る（例えば、約２：１超、または約４：１超、または約１０：１超、または約２０：１超であり得る）ように、窒化ケイ素層の除去速度が酸化ケイ素層の除去速度を超えることを可能にし得る。
いくつかの実施形態では、研磨添加剤は、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、またはそれらの組み合わせを含み得る。典型的には、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンは、約１，０００ｇ／ｍｏｌ未満、例えば、約９００ｇ／ｍｏｌ以下、約８００ｇ／ｍｏｌ以下、約７００ｇ／ｍｏｌ以下、約６００ｇ／ｍｏｌ以下、または約５００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有する。代替的にまたは加えて、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンは、約５０ｇ／ｍｏｌ以上、例えば、約７５ｇ／ｍｏｌ以上、約１００ｇ／ｍｏｌ以上、約１５０ｇ／ｍｏｌ以上、または約２００ｇ／ｍｏｌ以上の重量平均分子量を有する。したがって、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンは、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される平均分子量を有し得る。例えば、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンは、約５０ｇ／ｍｏｌ～約９００ｇ／ｍｏｌ、約５０ｇ／ｍｏｌ～約８００ｇ／ｍｏｌ、約５０ｇ／ｍｏｌ～約７００ｇ／ｍｏｌ、約５０ｇ／ｍｏｌ～約６００ｇ／ｍｏｌ、約５０ｇ／ｍｏｌ～約５００ｇ／ｍｏｌ、約７５ｇ／ｍｏｌ～約９００ｇ／ｍｏｌ、約１００ｇ／ｍｏｌ～約９００ｇ／ｍｏｌ、約１５０ｇ／ｍｏｌ～約９００ｇ／ｍｏｌ、約２００ｇ／ｍｏｌ～約９００ｇ／ｍｏｌ、約１００ｇ／ｍｏｌ～約８００ｇ／ｍｏｌ、または約１００ｇ／ｍｏｌ～約６００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有し得る。いくつかの実施形態では、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンは、約８００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有する。ある特定の実施形態では、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンは、約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有する。
研磨添加剤がポリエーテルアミンを含む実施形態では、組成物は、任意の好適なポリエーテルアミンを含み得る。典型的には、ポリエーテルアミンは、プロピレンオキシドジアミン、プロピレンオキシドトリアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミン、またはそれらの組み合わせから選択される。例示的なポリエーテルアミン化合物としては、Ｈｕｎｔｓｍａｎ（Ｔｈｅ Ｗｏｏｄｌａｎｄｓ、ＴＸ）から市販されているアミンのＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）ファミリーが挙げられる。ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）ポリエーテルアミンは、プロピレンオキシド（「ＰＯ」）、エチレンオキシド（「ＥＯ」）、または混合ＥＯ／ＰＯ（例えば、Ｏ，Ｏ’－ビス（２－アミノプロピル）ポリプロピレングリコール－ブロック－ポリエチレングリコール－ブロック－ポリプロピレングリコール）のいずれかに基づく、ポリエーテル骨格を含み得る。
本明細書で使用される場合、「プロピレンオキシドジアミン」という用語は、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットおよび２つのアミン部分を含む化学構造を指す。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットは、ポリプロピレンオキシドサブユニットである。
本明細書で使用される場合、「プロピレンオキシドトリアミン」という用語は、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットおよび３つのアミン部分を含む化学構造を指す。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットは、ポリプロピレンオキシドサブユニットである。
本明細書で使用される場合、「エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミン」という用語は、少なくとも１つのエチレンオキシドサブユニット、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニット、および２つのアミン部分を含む化学構造を指す。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットは、ポリプロピレンオキシドサブユニットであり、少なくとも１つのエチレンオキシドサブユニットは、ポリエチレンオキシドサブユニットであるか、または少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットは、ポリプロピレンオキシドサブユニットであり、少なくとも１つのエチレンオキシドサブユニットは、ポリエチレンオキシドサブユニットである。したがって、エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミンは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはそれらの組み合わせのブロックまたはランダムコポリマーを含み得る。
本明細書で使用される場合、「エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミン」という用語は、少なくとも１つのエチレンオキシドサブユニット、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニット、および３つのアミン部分を含む化学構造を指す。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットは、ポリプロピレンオキシドサブユニットであり、少なくとも１つのエチレンオキシドサブユニットは、ポリエチレンオキシドサブユニットであるか、または少なくとも１つのプロピレンオキシドサブユニットは、ポリプロピレンオキシドサブユニットであり、少なくとも１つのエチレンオキシドサブユニットは、ポリエチレンオキシドサブユニットである。したがって、エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミンは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはそれらの組み合わせのブロックまたはランダムコポリマーを含み得る。
本明細書で使用される場合、「アミン部分」という用語は、窒素含有化学部分を指す。アミン部分は、置換または非置換であり得る。したがって、アミン部分は、第１級、第２級、または第３級アミンであり得る。ポリエーテルアミンおよび／またはポリシラミンの反応性は、第１級アミンを妨害することによって、または第２級アミンの官能性を通じて改質することができる。一般に、アミン部分は、第１級アミン置換基である。
いくつかの実施形態では、ポリエーテルアミンは式（Ｉ）のものであり、
Figure 2022511534000001
 式中、Ｒが、Ｃ1－Ｃ6アルキル基（すなわち、長さが１、２、３、４、５、または６炭素単位）であり、ｘ、ｙ、およびｚが、独立して、０～１５の整数（例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５）である。ある特定の実施形態では、ｘ、ｙ、およびｚは、独立して、０～約１０の整数である。いくつかの実施形態では、ｘ、ｙ、およびｚは、指定されたサブユニットの平均（最も近い整数に丸められる）鎖長（すなわち、平均炭素鎖長または平均プロピレンオキシド鎖長）を指す。いくつかの実施形態では、Ｃ1－Ｃ6アルキル基は、飽和、不飽和、分岐、直鎖、環状、またはそれらの組み合わせである。Ｃ1－Ｃ6アルキル基の例示的な列挙は、メチル、エチル、ｎ－プロピル、イソ－プロピル、ｎ－ブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔｅｒｔ－ブチル、ｎ－ペンチル、ｓｅｃ－ペンチル、ｎｅｏ－ペンチル、またはヘキシルである。ある特定の実施形態では、Ｃ1－Ｃ6アルキル基は、１つ以上のアルキル置換基、アリール置換基、ヘテロ原子、またはそれらの組み合わせ（例えば、ベンジル、フェニルエチル、フェニルプロピルなど）で置換される。いくつかの実施形態では、Ｃ1－Ｃ6アルキル基は、Ｃ1－Ｃ6ヘテロアルキル基（すなわち、長さが１、２、３、４、５、または６炭素単位）であり得る。本明細書で使用される場合、「ヘテロアルキル基」とは、飽和または不飽和、置換または非置換、直鎖、分岐、または環状脂肪族基を指し、分子の核（すなわち、炭素骨格）に少なくとも１つのヘテロ原子（例えば、Ｏ、Ｓ、Ｎ、および／またはＰ）を含有する。
いくつかの実施形態では、ポリエーテルアミンは、式（ＩＩ）のものであり、
Figure 2022511534000002
 式中、ａは、０～１５の整数（例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５）である。ある特定の実施形態では、ａは、０～約１０の整数である。いくつかの実施形態では、ａは、指定されたサブユニットの平均（最も近い整数に丸められた）鎖長（すなわち、平均炭素鎖長または平均ポリエチレンオキシド鎖長）を指す。
いくつかの実施形態では、ポリエーテルアミンは、式（ＩＩＩ）のものであり、
Figure 2022511534000003
 式中、ｂ、ｃ、およびｄが、独立して、０～１５の整数（例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５）である。ある特定の実施形態では、ｂ、ｃ、およびｄは、独立して、０～約１０の整数である。いくつかの実施形態では、ｂ、ｃ、およびｄは、指定されたサブユニットの平均（最も近い整数に丸められる）鎖長（すなわち、平均炭素鎖長または平均エチレンオキシド／プロピレンオキシド鎖長）を指す。
いくつかの実施形態では、ポリエーテルアミンは、式（ＩＶ）のものであり、
Figure 2022511534000004
 式中、ｅが、０～１５の整数（例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５）である。ある特定の実施形態では、ｅは、０～約１０の整数である。いくつかの実施形態では、ａは、指定されたサブユニットの平均（最も近い整数に丸められた）鎖長（すなわち、平均炭素鎖長または平均ポリエチレンオキシド鎖長）を指す。
いくつかの実施形態では、ポリエーテルアミンは、およそ２３０の分子量を有するＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｄ－２３０（式ＩＩ）、およそ４００の分子量を有するＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｄ－４００（式ＩＩ）、およそ４００の分子量を有するＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｔ－４０３（式Ｉ）、およそ６００の分子量を有するＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）ＥＤ－６００（式ＩＩＩ）、およそ９００の分子量を有するＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）ＥＤ－９００（式ＩＩＩ）、４，７，１０－トリオキサ－１，１３－トリデカンジアミン（式ＩＶ）、またはそれらの組み合わせである。
研磨添加剤がポリエーテルアミンを含む実施形態では、研磨組成物は、任意の好適な量のポリエーテルアミンを含み得る。例えば、ポリエーテルアミンは、約０．００５ｍＭ以上（例えば、約０．０１ｍＭ以上、約０．０２５ｍＭ以上、約０．０５ｍＭ以上、約０．０７ｍＭ以上、または約０．１ｍＭ以上）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的にまたは加えて、ポリエーテルアミンは、約５ｍＭ以下（例えば、約４ｍＭ以下、約３ｍＭ以下、約２ｍＭ以下、約１ｍＭ以下、約０．５ｍＭ以下、または約０．２５ｍＭ以下）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。したがって、ポリエーテルアミンは、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、ポリエーテルアミンは、約０．００５ｍＭ～約５ｍＭ（例えば、約０．０１ｍＭ～約５ｍＭ、約０．０２５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．０５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．１ｍＭ～約５ｍＭ、約０．２５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．００５ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０１ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０２５ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０５ｍＭ～約０．５ｍＭ、または約０．０７ｍＭ～約０．２５ｍＭ）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。
いくつかの実施形態では、研磨添加剤は、ポリシラミンを含む。本明細書で使用される場合、「ポリシラミン」という用語は、シリコーンサブユニットおよび少なくとも１つのアミン部分を含む化合物を指す。例示的なポリシラミン化合物としては、Ｓｉｌｔｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｏｒｏｎｔｏ，Ｏｎｔａｒｉｏ）から市販されているポリシラミンのＳＩＬＡＭＩＮＥ（商標）ファミリーが挙げられる。ある特定の実施形態では、ポリシラミンは、Ｓｉｌｔｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＳＩＬＡＭＩＮＥ（商標）Ａ０ ＥＤＡである。
いくつかの実施形態では、ポリシラミンは、式（Ｖ）のものであり、
Figure 2022511534000005
 式中、ｐおよびｑが、独立して、０～１５の整数（例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５）である。ある特定の実施形態では、ｐおよびｑは、独立して、０～約１０の整数である。いくつかの実施形態では、ｐおよびｑは、指定されたサブユニットの平均（最も近い整数に丸められた）鎖長（すなわち、平均酸化ケイ素鎖長）を指す。
研磨添加剤がポリシラミンを含む実施形態では、ポリシラミンは、任意の好適な濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、ポリシラミンは、約０．００５ｍＭ以上（例えば、約０．０１ｍＭ以上、約０．０２５ｍＭ以上、約０．０５ｍＭ以上、約０．１ｍＭ以上、または０．２５ｍＭ以上）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的にまたは加えて、ポリシラミンは、約５ｍＭ以下（例えば、約４ｍＭ以下、約３ｍＭ以下、約２ｍＭ以下、約１ｍＭ以下、または約０．５ｍＭ以下）のポリシラミンの濃度で研磨組成物中に存在し得る。したがって、ポリシラミンは、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、ポリシラミンは、約０．００５ｍＭ～約５ｍＭ（例えば、約０．０１ｍＭ～約５ｍＭ、約０．０２５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．０５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．１ｍＭ～約５ｍＭ、約０．２５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．００５ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０１ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０２５ｍＭ～約０．５ｍＭ、または約０．０５ｍＭ～約０．５ｍＭ）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。
いくつかの実施形態では、研磨添加剤は、ポリビニルイミダゾールを含む。本明細書で使用される場合、「ポリビニルイミダゾール」という用語は、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルイミダゾールの誘導体、ビニルイミダゾールのコポリマー、およびビニルイミダゾール誘導体のコポリマー（「ＰＶＩ」と総称される）から選択される１つ以上のポリマーを指す。ある特定の実施形態では、ポリビニルイミダゾールは、ポリ－Ｎ－ビニルイミダゾールである。いくつかの実施形態では、ポリビニルイミダゾールのコポリマーは、アクリル酸エステル、アクリル酸アミド、メタクリル酸エステル、メタクリル酸アミド、アクリロニトリル、ビニルピロリドン、および塩化ビニルから選択されるモノマーを含有する。ある特定の実施形態では、ポリビニルイミダゾールは、ｂａｓｏｔｒｏｎｉｃのポリビニルイミダゾールである。
研磨添加剤がポリビニルイミダゾールを含む実施形態では、ポリビニルイミダゾールは、任意の好適な濃度で研磨組成物中に存在し得る。いくつかの実施形態では、ポリビニルイミダゾールは、約０．００５ｍＭ以上（例えば、約０．０１ｍＭ以上、約０．０２５ｍＭ以上、約０．０５ｍＭ以上、約０．１ｍＭ以上、または約０．２５ｍＭ以上）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的にまたは加えて、ポリビニルイミダゾールは、約５ｍＭ以下（例えば、約４ｍＭ以下、約３ｍＭ以下、約２ｍＭ以下、約１ｍＭ以下、または約０．５ｍＭ以下）の濃度で研磨組成物中に存在し得る。したがって、ポリビニルイミダゾールは、前述の終点のうちのいずれか２つによって制限される濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、ポリビニルイミダゾールは、約０．００５ｍＭ～約５ｍＭ（例えば、約０．０１ｍＭ～約５ｍＭ、約０．０２５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．０５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．１ｍＭ～約５ｍＭ、約０．２５ｍＭ～約５ｍＭ、約０．００５ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０１ｍＭ～約０．５ｍＭ、約０．０２５ｍＭ～約０．５ｍＭ、または約０．０５ｍＭ～約０．５ｍＭ）のポリビニルイミダゾールの濃度で研磨組成物中に存在し得る。
一般に、化学機械研磨組成物は、１ａｔｍおよび２５°Ｃで測定すると、約６超（例えば、約６．５超、約７超、約７．５超、約８超、約８．５超、または約９超）のｐＨを有する。いくつかの実施形態では、研磨組成物は、約６～約１２、例えば、約６～約１１、約６～約１０、約６～約９、約６～約８、約７～約１２、約７～約１１、約７～約１０、約７～約９、または約７～約８のｐＨを有する。ある特定の実施形態では、研磨組成物は、約６～約８（例えば、約７）のｐＨを有する。
化学機械研磨組成物は、研磨組成物のｐＨを調整することが可能な（すなわち調整する）１つ以上の化合物（すなわちｐＨ調整化合物）を含み得る。研磨組成物のｐＨは、研磨組成物のｐＨを調整することができる任意の好適な化合物を使用して調整され得る。ｐＨ調整化合物は、望ましくは水溶性であり、研磨組成物の他の成分と適合性である。
ｐＨを調整することが可能な化合物は、アンモニウム塩、アルカリ金属塩、カルボン酸、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、ホウ酸塩、有機酸（例えば、酢酸）、有機塩基（例えば、アミン）、およびそれらの混合物から選択され得る。
化学機械研磨組成物は、任意選択で、１つ以上の化学薬品をさらに含む。例示的な化学薬品としては、緩衝液、調整剤、殺生物剤、スケール抑制剤、分散剤などが挙げられる。いくつかの実施形態では、化学機械組成物は、緩衝液および殺生物剤をさらに含む。
いくつかの実施形態では、化学機械研磨組成物は、緩衝液をさらに含む。本明細書で使用される場合、「緩衝液」という用語は、研磨組成物のｐＨを達成および／または維持することが可能な任意の化学物質を指す。例えば、緩衝液は、酸性化学物質、塩基性化学物質、中性化学物質、またはそれらの組み合わせであり得る。緩衝液の例示的な列挙としては、硝酸、硫酸、リン酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、水酸化アンモニウム、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、マロン酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩、アミン、ポリオール（例えば、トリス塩基）、アミノ酸などが挙げられる。
いくつかの実施形態では、化学機械組成物は、殺生物剤を含む。殺生物剤は、存在する場合、任意の好適な殺生物剤であり得、研磨組成物中に任意の好適な量で存在し得る。例示的な殺生物剤は、イソチアゾリノン殺生物剤である。典型的には、殺生物剤の量は、約１ｐｐｍ～約２００ｐｐｍ（例えば、約１０ｐｐｍ～約２００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍ、または約１ｐｐｍ～約１００ｐｐｍ）で研磨組成物中に存在する。
研磨組成物は、その多くが当業者に知られている任意の好適な技術によって生成することができる。研磨組成物は、バッチプロセスまたは連続プロセスで調製することができる。一般に、研磨組成物は、研磨組成物の成分を組み合わせることにより調製される。本明細書で使用される「成分」という用語は、個々の成分（例えば、カチオン性シリカ研削粒子、任意選択のシラン化合物、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、任意選択の緩衝液、任意選択の調整剤、任意選択の殺生物剤、任意選択のスケール抑制剤、任意選択の分散剤、ポリビニルイミダゾールなど）、ならびに成分の任意の組み合わせ（例えば、カチオン性シリカ研削粒子、任意選択のシラン化合物、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、任意選択の緩衝液、任意選択の調整剤、任意選択の殺生物剤、任意選択のスケール抑制剤、任意選択の分散剤、ポリビニルイミダゾールなど）を含む。
例えば、研磨組成物は、（ｉ）水性キャリアの全てまたは一部分を提供することと、（ｉｉ）カチオン性シリカ研削粒子、および／または処理されたカチオン性シリカ研削粒子、ポリエーテルアミン、および／またはポリシラミン、および任意の任意選択の化学薬品を、このような分散液を調製するための任意の好適な手段を使用して分散することと、（ｉｉｉ）必要に応じて分散液のｐＨを調整することと、（ｉｖ）任意選択で、好適な量の任意の他の任意選択の成分および／または化学薬品を混合物に添加することと、によって調製され得る。
いくつかの実施形態では、化学機械組成物は、単一の容器に保存される。他の実施形態では、化学機械組成物は、２つ以上の容器に保存されるので、化学機械組成物は、使用ポイントまたはその近くで混合される。２つ以上の保管デバイスに収容される成分を混合して使用ポイントまたはその付近で研磨組成物を生成するために、保管デバイスには、典型的には、各保管デバイスから研磨組成物の使用ポイント（例えば、プラテン、研磨パッド、または基板表面）につながる１つ以上のフローラインが提供される。本明細書で使用される場合、「使用ポイント」という用語は、研磨組成物が基板表面（例えば、研磨パッドまたは基板表面自体）に適用されるポイントを指す。「フローライン」という用語は、個別の保管容器からそこに保管されている成分の使用ポイントまでの、流れの経路を意味する。フローラインは各々使用ポイントに直接つながるか、または２つ以上のフローラインが、任意のポイントで、使用ポイントにつながる単一のフローラインに結合され得る。さらに、フローライン（例えば、個別のフローラインまたは結合されたフローライン）のいずれかも、成分の使用ポイントに到達するのに先立ち、まず１つ以上の他のデバイス（例えば、ポンプデバイス、測定デバイス、混合デバイス等）につながってもよい。
研磨組成物の成分は、独立して使用ポイントに送達されてもよく（例えば、成分は基板表面に送達され、その後研磨プロセス中に成分が混合される）、または成分の１種以上が、使用ポイントに送達される前、例えば使用ポイントへの送達の少し前もしくは直前に混合されてもよい。成分が混合形態でプラテンに添加される約５分以内に、例えば混合形態でプラテンに添加される約４分以内、約３分以内、約２分以内、約１分以内、約４５秒以内、約３０秒以内、約１０秒以内に組み合わせられる場合、または使用ポイントで成分の送達と同時に組み合わせられる（例えば、成分は、分注器で組み合わせられる）場合、成分は、「使用ポイントへの送達直前に」組み合わせられる。成分はまた、成分が、使用ポイントの１ｍ以内、またはさらには使用ポイントの１０ｃｍ以内などの使用ポイントの５ｍ以内で（例えば、使用ポイントの１ｃｍ以内で）組み合わせられる場合、「使用ポイントへの送達直前に」組み合わせられる。
研磨組成物の２種以上の成分が使用ポイントに到達する前に混合される場合、成分はフローラインで混合され、混合デバイスを使用せずに使用ポイントに送達されることができる。あるいは、１つ以上のフローラインは混合デバイスにつながり、２種以上の成分の混合を促進することができる。任意の好適な混合デバイスを使用することができる。例えば、混合デバイスは、２種以上の成分が流れるノズルまたはジェット（例えば、高圧ノズルまたは高圧ジェット）であり得る。代替的に、混合デバイスは、研磨スラリーの２種以上の成分がミキサーに導入される１つ以上の注入口と、混合された成分がミキサーから出て、直接または装置の他の要素を介してかのいずれかで（例えば、１つ以上のフローラインを介して）使用ポイントに送達される少なくとも１つの排出口とを含む、容器型混合デバイスであってもよい。さらに、混合デバイスは１つより多くのチャンバを備えることができ、各チャンバは少なくとも１つの注入口と少なくとも１つの排出口を有し、各チャンバで２種以上の成分が混合される。容器型混合デバイスを使用する場合、混合デバイスは成分の混合をさらに促進するための、混合機構を備えることが好ましい。混合機構は当該技術分野で一般に既知であり、スターラー、ブレンダー、撹拌機、パドル付きバッフル、ガススパージャーシステム、バイブレーター等を含む。
研磨組成物はまた、使用前に適切な量の水で希釈することを意図する濃縮物として提供され得る。このような実施形態において、研磨組成物濃縮物は、適切な量の水で濃縮物を希釈すると、研磨組成物の各成分が、研磨組成物中に上に列挙された各成分の適切な範囲内の量で存在するような量で、研磨組成物の成分を含むことができる。例えば、カチオン性シリカ研削粒子、および／または表面処理されたカチオン性シリカ研削粒子、ポリエーテルアミン、および／またはポリシロキサミン、および任意の任意選択の化学薬品は、各々、等量の水（例えば、それぞれ２等量の水、３等量の水、または４等量の水）で濃縮物を希釈すると、各成分が、各成分について上に記載した範囲内の量で研磨組成物中に存在するように、各成分について上に列挙した濃度の約２倍（例えば、約３倍、約４倍、または約５倍）の量で濃縮物中に存在し得る。さらに、当業者には理解されるであろうように、ポリエーテルアミン、および／またはポリシラミン、および任意の任意選択の化学薬品が少なくとも部分的にまたは完全に濃縮物中に溶解することを確実にするように、濃縮物は、最終研磨組成物中に存在する水を適切な比率で含有し得る。望ましくは、本発明の研磨組成物は、使用ポイントでの研磨組成物よりも４倍濃縮された濃縮物の形態である場合、コロイド的に安定である。
本発明はまた、化学機械的に基板を研磨する方法であって、（ｉ）基板の表面上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を含む基板を提供することと、（ｉｉ）研磨パッドを提供することと、（ｉｉｉ）（ａ）カチオン性シリカ研削粒子、（ｂ）ポリエーテルアミン、ポリシラミン、またはそれらの組み合わせ、および（ｃ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を提供することであって、ポリエーテルアミンまたはポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ未満の重量平均分子量を有し、研磨組成物が、約６超ｐＨを有し、カチオン性シリカ研削粒子が、約６超のｐＨで少なくとも＋１０ｍＶのゼータ電位を有する、化学機械研磨組成物を提供することと、（ｉｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させることと、（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して動かして、基板の表面上のＳｉＮ層の少なくとも一部分を研削して、基板を研磨することと、を含む、方法を提供する。
本発明はさらに、化学機械的に基板を研磨する方法であって、（ｉ）基板の表面上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を含む基板を提供することと、（ｉｉ）研磨パッドを提供することと、（ｉｉｉ）（ａ）カチオン性シリカ研削粒子、（ｂ）ポリビニルイミダゾール誘導体、および（ｃ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を提供することであって、研磨組成物が、約６超のｐＨを有し、カチオン性シリカ研削粒子が、約６超のｐＨで少なくとも＋１０ｍＶのゼータ電位を有する、化学機械研磨組成物を提供することと、（ｉｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させることと、（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して動かして、基板の表面上のＳｉＮ層の少なくとも一部分を研削して、基板を研磨することと、を含む、方法を提供する。
化学機械研磨組成物を使用して、任意の好適な基板を研磨することができ、低誘電材料で構成された少なくとも１つの層（典型的には表面層）を含む基板の研磨に特に有用である。好適な基板は、半導体産業で使用されるウェハを含む。ウェハは、典型的には、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合体、金属合金、低誘電材料、またはそれらの組み合わせを含むか、またはそれらからなる。本発明の方法は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、および／またはポリシリコン、例えば、前述の材料のうちのいずれか１つ、２つ、または３つ全てを含む基板を研磨するのに特に有用であり、窒化ケイ素を含む基材を研磨するのに特に有用である。
ある特定の実施形態において、基板は、酸化ケイ素および／または窒化ケイ素と組み合わせたポリシリコンを含む。ポリシリコンは、任意の好適なポリシリコンであってもよく、その多くは当該技術分野において知られている。ポリシリコンは、任意の好適な相を有し得、非晶質、結晶質、またはそれらの組み合わせであり得る。酸化ケイ素も同様に、任意の好適な酸化ケイ素であってもよく、その多くの形態は当該技術分野において知られている。好適な種類の酸化ケイ素としては、限定されないが、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、ＰＥＴＥＯＳ、熱酸化物、ドーピングされていないケイ酸塩ガラス、およびＨＤＰ酸化物が挙げられる。
本発明の化学機械研磨組成物は、望ましくは、本発明の方法に従って窒化ケイ素を含む基板を研磨するときに、高い除去速度を呈する。例えば、本発明の実施形態に従って窒化ケイ素を含むシリコンウェハを研磨するとき、研磨組成物は、望ましくは、約５００Å／分以上、７００Å／分以上、約１，０００Å／分以上、約１，２５０Å／分以上、約１，５００Å／分以上、約１，７５０Å／分以上、または約２，０００Å／分以上の窒化ケイ素除去速度を呈する。
本発明の化学機械研磨組成物は、望ましくは、本発明の方法に従って酸化ケイ素を含む基板を研磨するときに、低い除去速度を呈する。例えば、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物および／またはプラズマ向上オルトケイ酸テトラエチル（ＰＥＴＥＯＳ）および／またはオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）などの本発明の実施形態に従って酸化ケイ素を含むシリコンウェハを研磨するとき、研磨組成物は、望ましくは、約８００Å／分以下、例えば、約７００Å／分以下、約６００Å／分以下、約５００Å／分以下、約４００Å／分以下、約２００Å／分以下、約１００Å／分以下、約７５Å／分以下、約５０Å／分以下、またはさらには約２５Å／分以下の酸化ケイ素の除去速度を呈する。
本発明の化学機械研磨組成物は、望ましくは、本発明の方法に従ってポリシリコンを含む基板を研磨するときに、低い除去速度を呈する。例えば、本発明の実施形態に従ってポリシリコンを含むシリコンウェハを研磨するとき、研磨組成物は、望ましくは、約１，０００Å／分以下、約７５０Å／分以下、約５００Å／分以下、約２５０Å／分以下、約１００Å／分以下、約５０Å／分以下、約２５Å／分以下、約１０Å／分以下、またはさらには約５Å／分以下のポリシリコンの除去速度を呈する。
ある特定の実施形態では、基板は、基板の表面上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層および酸化ケイ素（ＳｉＯ）層を含む。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素層の研削は、窒化ケイ素除去速度を提供し、酸化ケイ素層の研削は、酸化ケイ素除去速度を提供し、窒化ケイ素除去速度対酸化ケイ素除去速度の比が、約４対１超である。したがって、本発明の化学機械研磨組成物を使用して、約４：１以上（例えば、約５：１以上、約６：１以上、約７：１以上、約８：１以上、約９：１以上、約１０：１以上、約１５：１以上、約２０：１以上、または約４０：１以上）の窒化ケイ素対酸化ケイ素研磨選択性で、基板を研磨することができる。ある特定の実施形態では、窒化ケイ素除去速度対酸化ケイ素除去速度の比は、約２０対１超である。本発明の化学機械研磨組成物は、特定の薄層材料に選択的な所望の研磨範囲で効果的な研磨を提供し、同時に表面不良、欠陥、腐食、浸食、およびストップ層の除去を最小化するように調整され得る。選択性は、研磨組成物の成分の相対濃度を変えることにより、ある程度制御することができる。
本発明の化学機械研磨組成物および方法は、化学機械研磨装置とともに使用するのに特に適している。典型的には、その装置は、使用時に、運動中に、軌道運動、直線運動、または円運動から生じる速度を有するプラテンと、プラテンと接触して運転時にプラテンとともに運動する研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して接触して動かすことにより基板が研磨されるように保持するキャリアとを含む。基板の研磨は、基板が研磨パッドおよび本発明の研磨組成物と接触するように配置され、次いで研磨パッドを基板に対して動かして、基板の少なくとも一部を研削して基板を研磨することにより行われる。
基板は、任意の好適な研磨パッド（例えば、研磨表面）を使用して化学機械研磨組成物で研磨することができる。好適な研磨パッドには、例えば、織布および不織布の研磨パッドが含まれる。さらに、好適な研磨パッドは、さまざまな密度、硬度、厚さ、圧縮率、圧縮時に反発する能力、および圧縮弾性率の任意の好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーには、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、それらの成形製品、およびそれらの混合物を含み得る。軟質ポリウレタン研磨パッドは、本発明の研磨方法との併用において特に有用である。典型的なパッドとしては、限定されないが、ＳＵＲＦＩＮ（商標）０００、ＳＵＲＦＩＮ（商標）ＳＳＷ１、ＳＰＭ３１００（例えば、Ｅｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されている）、ＰＯＬＩＴＥＸ（商標）、およびＦｕｊｉｂｏ ＰＯＬＹＰＡＳ（商標）２７が挙げられる。特に好ましい研磨パッドは、ＥＰＩＣ（商標）Ｄ１００パッド、およびＣａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから市販されているＩＣ１０１０（商標）パッドから市販されているＮＥＸＰＬＡＮＡＲ（商標）Ｅ６０８８パッド、およびＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているであるＩＣ１０１０（商標）パッドである。
望ましくは、化学機械研磨装置は、現場で研磨の端点を検出するシステムをさらに備え、その多くは当該技術分野で知られている。研磨する基板の表面から反射する光または他の放射を分析することによる研磨プロセスを検査および監視する技術は、当該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５，１９６，３５３号、米国特許５，４３３，６５１号、米国特許５，６０９，５１１号、米国特許５，６４３，０４６号、米国特許５，６５８，１８３号、米国特許５，７３０，６４２号、米国特許５，８３８，４４７号、米国特許５，８７２，６３３号、米国特許５，８９３，７９６号、米国特許５，９４９，９２７号、および米国特許５，９６４，６４３号に開示されている。望ましくは、研磨する基板に関する研磨プロセスの進行の検査または監視により、研磨の端点の決定、すなわち特定の基板に関する研磨プロセスをいつ終了するかの決定が可能になる。
本発明は、以下の実施形態によってさらに説明される。
実施形態（１）は、窒化ケイ素含有基板を研磨するための化学機械研磨組成物である。組成物は、水性キャリアと、水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ粒子であって、カチオン性シリカ研削粒子が、研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ粒子と、ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤であって、ポリエーテルアミンおよびポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ未満の対応する重量平均分子量を有する、研磨添加剤と、を含み、研磨組成物が、約６超のｐＨを有する。
実施形態（２）は、研磨添加剤が、ポリビニルイミダゾールを含む、実施形態（１）に記載の研磨組成物である。
実施形態（３）は、研磨添加剤が、約９００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、実施形態（１）に記載の研磨組成物である。
実施形態（４）は、研磨添加剤が、約９００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミンを含む、実施形態（１）に記載の研磨組成物である。
実施形態（５）は、ポリエーテルアミンが、プロピレンオキシドジアミン、プロピレンオキシドトリアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミン、またはそれらの組み合わせである、実施形態（４）に記載の研磨組成物である。
実施形態（６）は、ポリエーテルアミンが、式（Ｉ）のものであり、
Figure 2022511534000006
式中、Ｒが、Ｃ1－Ｃ6アルキル基であり、ｘ、ｙ、およびｚが、独立して、０～１５の整数である。実施形態（５）に記載の研磨組成物である。
実施形態（７）は、研磨添加剤が、約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミン、または約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、実施形態（１）および（３）～（６）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（８）は、研磨添加剤が、約０．０１ｍＭ～約１ｍＭの範囲の濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（１）～（７）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（９）は、カチオン性シリカ研削粒子が、第４級アミノシラン、ダイポーダルアミノシラン、またはそれらの組み合わせで処理されている表面を有する、実施形態（１）～（８）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（１０）は、カチオン性シリカ研削粒子が、約６超のｐＨで少なくとも２０ｍＶの永久正電荷を有するコロイダルシリカ粒子を含む、実施形態（１）～（９）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（１１）は、カチオン性シリカ研削粒子が、約２０ｎｍ～約８０ｎｍの平均粒径を有する、実施形態（１）～（７）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（１２）は、研磨組成物が、約６～約８のｐＨを有する、実施形態（１）～（１１）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（１３）は、研磨組成物が、約７のｐＨを有する、実施形態（１）～（１２）のいずれか１つに記載の研磨組成物である。
実施形態（１４）は、基板を化学機械的に研磨する方法である。方法は、（ａ）基板の表面上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を含む基板を提供することと、（ｂ）研磨パッドを提供することと、（ｃ）（ｉ）水性キャリア、（ｉｉ）水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ粒子であって、カチオン性シリカ研削粒子が、研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ粒子、（ｉｉｉ）ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤であって、ポリエーテルアミンおよびポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の対応する重量平均分子量を有する、研磨添加剤、を含む、化学機械研磨組成物を提供することであって、研磨組成物が、約６超のｐＨを有する、化学機械研磨組成物を提供することと、（ｄ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させることと、（ｅ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して動かして、基板の表面上のＳｉＮ層の少なくとも一部分を研削して、基板を研磨することと、を含む。
実施形態（１５）は、研磨添加剤が、ポリビニルイミダゾールを含む、実施形態（１４）に記載の方法である。
実施形態（１６）は、研磨添加剤が、約１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、実施形態（１４）に記載の方法である。
実施形態（１７）は、研磨添加剤が、約１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミンを含む、実施形態（１４）に記載の方法である。
実施形態（１８）は、ポリエーテルアミンが、プロピレンオキシドジアミン、プロピレンオキシドトリアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミン、またはそれらの組み合わせである、実施形態（１７）に記載の方法である。
実施形態（１９）は、ポリエーテルアミンが、式（Ｉ）のものであり、
Figure 2022511534000007
式中、Ｒが、Ｃ1－Ｃ6アルキル基であり、ｘ、ｙ、およびｚが、独立して、０～１５の整数である、実施形態（１８）に記載の方法である。
実施形態（２０）は、研磨添加剤が、約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミン、または約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、実施形態（１４）および（１６）～（１９）のいずれか１つに記載の方法である。
実施形態（２１）は、研磨添加剤が、約０．０１ｍＭ～約１ｍＭの範囲の濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（１４）～（２０）のいずれか１つに記載の方法である。
実施形態（２２）は、カチオン性シリカ研削粒子が、第４級アミノシラン、ダイポーダルアミノシラン、またはそれらの組み合わせで処理されている表面を有する、実施形態（１４）～（２１）のいずれか１つに記載の方法である。
実施形態（２３）は、カチオン性シリカ研削粒子が、約６超のｐＨで少なくとも２０ｍＶの永久正電荷を有するコロイダルシリカ粒子を含む、実施形態（１４）～（２２）のいずれか１つに記載の方法である。
実施形態（２４）は、カチオン性シリカ研削粒子が、約２０ｎｍ～約８０ｎｍの平均粒径を有する、実施形態（１４）～（２３）のいずれか１つに記載の方法である。
実施形態（２５）は、研磨組成物が、約６～約８のｐＨを有する、実施形態（１４）～（２４）のいずれか１つに記載の方法である。
実施形態（２６）は、（ｉ）基板が、基板の表面上に酸化ケイ素（ＳｉＯ）層をさらに含み、（ｉｉ）酸化ケイ素層の少なくとも一部分を研削して基板を研磨し、（ｉｉｉ）ＳｉＮ除去速度対ＳｉＯ除去速度の比が、約４対１超であるように、ＳｉＮ層の研削がＳｉＮ除去速度を提供し、ＳｉＯ層の研削がＳｉＯ除去速度を提供する、実施形態（１４）～（２５）のいずれか１つに記載の方法である。
これらの以下の実施例は、本発明をさらに説明するが、もちろん、その範囲を限定するものとして決して解釈されるべきではない。
以下の略語は、実施例全体で使用される：除去速度（ＲＲ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、および窒化ケイ素（ＳｉＮ）。
以下の実施例では、基板、ケイ素上にコーティングされたＴＥＯＳ酸化ケイ素（テトラエトキシシランから調製）、ケイ素上にコーティングされたＳｉＮ、およびＳｉｌｙｂ Ｉｎｃ．から入手したパターンを付けたウェハを、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ２ベンチトップ研磨機を１．５ＰＳＩ（１０．３ｋＰａ）の下向きの力を使用して研磨した。パターンを付けたウェハは、酸化ケイ素でコーティングされた基板上に１００μｍの窒化ケイ素の形状で構成した。全ての組成物に対して同一の研磨パラメータで、Ｓａｅｓｏｌ Ｃ７（Ｓａｅｓｏｌ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｉｎｄ．Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，（Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａ）から市販）調整剤を含むＮｅｘｐｌａｎａｒ Ｅ６０８８パッドを使用した。標準的なＬｏｇｉｔｅｃｈ研磨パラメータは以下のとおりである：ＮｅｘｐｌａｎａｒＥ６０８８パッド、下向きの力＝１０．３ｋＰａ（１．５ｐｓｉ）、ヘッド速度＝８７ｒｐｍ、プラテン速度＝９３ｒｐｍ、総流速＝５０ｍＬ／分。除去速度は、偏光解析法を使用して膜厚を測定し、初期の厚さから最終的な厚さを減算することによって計算した。
実施例１
この実施例は、酸化ケイ素除去速度に対する窒化ケイ素除去速度によって測定した、添加剤の種類および分子量がＳｉＮ：ＴＥＯＳの選択性に及ぼす影響を実証する。
ＴＥＯＳでコーティングしたケイ素および窒化ケイ素でコーティングしたケイ素を含む基板を、１６（１６）の異なる研磨組成物、研磨組成物１Ａ～１Ｐで研磨した（表１）。ＳａｅｓｏｌＣ７調整剤を含むＮｅｘｐｌａｎａｒ Ｅ６０８８パッドを使用する１．５ＰＳＩ（１０．３ｋＰａ）の下向きの力の、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ ２ベンチトップ研磨機で、基板を研磨した。研磨組成物の各々は、０．５重量％のカチオン性シリカ研削粒子、２ｍＭのトリス塩酸塩、および１２０ｐｐｍの殺生物剤を７のｐＨで含有していた。カチオン性コロイダルシリカ粒子は、米国特許第９，３８２，４５０号の実施例７に記載されるように調製された。研磨組成物の各々は、表１に示される量の研磨添加剤をさらに含有していた。
研磨に続いて、ＴＥＯＳおよびＳｉＮの除去速度を測定した。結果を表１に示す。
Figure 2022511534000008
表１に記載の結果から明らかなように、約１，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する研磨添加剤を含有する研磨組成物１Ｈ～１Ｐは、最大のＳｉＮ：ＴＥＯＳ選択性を呈した。ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｔ－４０３を含有する研磨組成物１Ｎは、４８：１の比のＳｉＮ：ＴＥＯＳ選択性で、対照のほぼ５０倍の選択性を呈した。
実施例２
この実施例は、酸化ケイ素除去速度に対する窒化ケイ素除去速度によって測定した、添加剤濃度がＳｉＮ：ＴＥＯＳの選択性に及ぼす影響を実証する。
ＴＥＯＳでコーティングしたケイ素および窒化ケイ素でコーティングしたケイ素を含む基板を、５（５）つの異なる研磨組成物、研磨組成物２Ａ～２Ｅで研磨した（表２）。ＳａｅｓｏｌＣ７調整剤を含むＮｅｘｐｌａｎａｒ Ｅ６０８８パッドを使用する１．５ＰＳＩ（１０．３ｋＰａ）の下向きの力の、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ ２ベンチトップ研磨機で、基板を研磨した。研磨組成物の各々は、０．５重量％のカチオン性シリカ研削粒子、２ｍＭのトリス塩酸塩、および１２０ｐｐｍの殺生物剤を７のｐＨで含有していた。研磨組成物２Ｂ～２Ｅの各々は、表２に示される量のＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｔ－４０３をさらに含有していた。対照として、研磨組成物２Ａを提供する。カチオン性コロイダルシリカ粒子は、米国特許第９，３８２，４５０号の実施例７に記載されるように調製された。
研磨に続いて、ＴＥＯＳおよびＳｉＮの除去速度を測定した。結果を表２に示す。
Figure 2022511534000009
表２に記載の結果から明らかなように、ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｔ－４０３を含有する研磨組成物２Ｂ～２Ｅは、ＴＥＯＳ除去速度の低減を呈し、対照よりも良好なＳｉＮ：ＴＥＯＳ選択性を提供した。０．１ｍＭのＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（商標）Ｔ－４０３を含有する研磨組成物２Ｃは、最低のＴＥＯＳ除去速度を呈し、約４８：１の比の最大のＳｉＮ：ＴＥＯＳ選択性を呈した。
本明細書に引用された刊行物、特許出願および特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が個々にかつ具体的に参照により組み込まれることが示され、その全体が本明細書に記載されているのと同じ程度まで参照により本明細書に組み込まれる。
（特に以下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「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」という用語および同様の指示語の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、単数および複数形の両方を包含すると解釈されるべきである。１つ以上の項目の列挙に続く「少なくとも１つの」という用語（例えば、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、列挙された項目（ＡまたはＢ）から選択される１つの項目、または列挙された項目（ＡおよびＢ）の２つ以上の任意の組み合わせを意味すると解釈されるべきである。「備える」、「有する」、「含む」および「含有する」という用語は、別段の記載がない限り、オープンエンド用語（すなわち、「含むがこれらに限定されない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において別段の指示がない限り、範囲内にある各別個の値を個々に参照する簡略方法としての役割を果たすことを単に意図しており、各別個の値は本明細書に個別に列挙されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実行することができる。本明細書において提供されるありとあらゆる実施例、または例示的な言葉（例えば、「～等」）の使用は、単に本発明をより明らかにする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であるとしていかなる特許請求されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
本発明を行うための本発明者らに既知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載される。これらの好ましい実施形態の変形は、前述の説明を読むことにより当業者には明らかになり得る。本発明者らは、当業者がこのような変形を適切なものとして用い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とおりではなく別の方法で実行されることを意図する。したがって、本発明は、適用法によって許容されるように、本明細書に添付の特許請求の範囲に列挙された主題の全ての変形および同等物を含む。さらに、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で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記の要素のあらゆる組み合わせが本発明に包含される。

Claims (26)

  1. 窒化ケイ素含有基板を研磨するための化学機械研磨組成物であって、前記研磨組成物が、
    水性キャリアと、
    前記水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ研削粒子であって、前記カチオン性シリカ研削粒子が、前記研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ研削粒子と、
    ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤であって、前記ポリエーテルアミンおよび前記ポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ未満の対応する重量平均分子量を有する、研磨添加剤と、を含み、
    前記研磨組成物が、約６超のｐＨを有する、研磨組成物。
  2. 前記研磨添加剤が、ポリビニルイミダゾールを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
  3. 前記研磨添加剤が、約９００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
  4. 前記研磨添加剤が、約９００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミンを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
  5. 前記ポリエーテルアミンが、プロピレンオキシドジアミン、プロピレンオキシドトリアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミン、またはそれらの組み合わせである、請求項４に記載の研磨組成物。
  6. 前記ポリエーテルアミンが、式（Ｉ）のものであり、
    Figure 2022511534000010
     式中、Ｒが、Ｃ1－Ｃ6アルキル基であり、ｘ、ｙ、およびｚが、独立して、０～１５の整数である、請求項５に記載の研磨組成物。
  7. 前記研磨添加剤が、約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミン、または約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
  8. 前記研磨添加剤が、約０．０１ｍＭ～約１ｍＭの範囲の濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
  9. 前記カチオン性シリカ研削粒子が、第４級アミノシラン、ダイポーダルアミノシラン、またはそれらの組み合わせで処理されている表面を有する、請求項１に記載の研磨組成物。
  10. 前記カチオン性シリカ研削粒子が、約６超のｐＨで少なくとも２０ｍＶの永久正電荷を有するコロイダルシリカ粒子を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
  11. 前記カチオン性シリカ研削粒子が、約２０ｎｍ～約８０ｎｍの平均粒径を有する、請求項１に記載の研磨組成物。
  12. 前記研磨組成物が、約６～約８のｐＨを有する、請求項１に記載の研磨組成物。
  13. 前記研磨組成物が、約７のｐＨを有する、請求項１０に記載の研磨組成物。
  14. 基板を化学機械的に研磨する方法であって、
    （ａ）基板を提供することであって、前記基板の表面上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を含む、基板を提供することと、
    （ｂ）研磨パッドを提供することと、
    （ｃ）化学機械研磨組成物を提供することであって、前記化学機械研磨組成物が、
    （ｉ）水性キャリア、
    （ｉｉ）前記水性キャリア中に分散されたカチオン性シリカ研削粒子であって、前記カチオン性シリカ研削粒子が、前記研磨組成物中で少なくとも１０ｍＶのゼータ電位を有する、カチオン性シリカ研削粒子、
    （ｉｉｉ）ポリエーテルアミン、ポリシラミン、ポリビニルイミダゾール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される研磨添加剤を含み、前記ポリエーテルアミンおよび前記ポリシラミンが、約１，０００ｇ／ｍｏｌ未満の対応する重量平均分子量を有し、
    前記研磨組成物が、約６超のｐＨを有する、化学機械研磨組成物を提供することと、
    （ｄ）前記研磨パッドおよび前記化学機械研磨組成物と前記基板を接触させることと、
    （ｅ）前記研磨パッドおよび前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して動かして、前記基板の表面上の前記ＳｉＮ層の少なくとも一部分を研削して、前記基板を研磨することと、を含む、方法。
  15. 前記研磨添加剤が、ポリビニルイミダゾールを含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記研磨添加剤が、約９００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、請求項１４に記載の方法。
  17. 前記研磨添加剤が、約９００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミンを含む、請求項１４に記載の方法。
  18. 前記ポリエーテルアミンが、プロピレンオキシドジアミン、プロピレンオキシドトリアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドジアミン、エチレンオキシド／プロピレンオキシドトリアミン、またはそれらの組み合わせである、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記ポリエーテルアミンが、式（Ｉ）のものであり、
    Figure 2022511534000011
     式中、Ｒが、Ｃ1－Ｃ6アルキル基であり、ｘ、ｙ、およびｚが、独立して、０～１５の整数である、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記研磨添加剤が、約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリエーテルアミン、または約６００ｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有するポリシラミンを含む、請求項１４に記載の方法。
  21. 前記研磨添加剤が、約０．０１ｍＭ～約１ｍＭの範囲の濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１４に記載の方法。
  22. 前記カチオン性シリカ研削粒子が、第４級アミノシラン、ダイポーダルアミノシラン、またはそれらの組み合わせで処理されている表面を有する、請求項１４に記載の方法。
  23. 前記カチオン性シリカ研削粒子が、約６超のｐＨで少なくとも２０ｍＶの永久正電荷を有するコロイダルシリカ粒子を含む、請求項１４に記載の方法。
  24. 前記カチオン性シリカ研削粒子が、約２０ｎｍ～約８０ｎｍの平均粒径を有する、請求項１４に記載の方法。
  25. 前記研磨組成物が、約６～約８のｐＨを有する、請求項１４に記載の方法。
  26. 前記基板が、前記基板の表面上に酸化ケイ素（ＳｉＯ）層をさらに含み、
    前記酸化ケイ素層の少なくとも一部分を研削して、前記基板を研磨し、
    前記ＳｉＮ層の前記研削が、ＳｉＮ除去速度を提供し、前記ＳｉＯ層の前記研削は、前記ＳｉＮ除去速度対前記ＳｉＯ除去速度の比が、約４対１超であるように、ＳｉＯ除去速度を提供する、請求項１４に記載の方法。
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