JP2022553346A - 酸化ケイ素及び炭素ドープ酸化ケイ素ｃｍｐのための組成物並びに方法 - Google Patents

酸化ケイ素及び炭素ドープ酸化ケイ素ｃｍｐのための組成物並びに方法 Download PDF

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Abstract

ケイ素酸素材料を有する基材を研磨するための化学機械研磨組成物は、液体担体、液体担体に分散されている立方体状セリア研磨剤粒子、及び有機二酸を含む。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１９年１０月２２日に出願された、タイトル「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ ａｎｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ ＣＭＰ」の米国仮特許出願番号第６２／９２４，３３２号の利益を主張する。
化学機械研磨は、集積回路（ＩＣ）及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）製作における重要な実現技術である。基材（例えば、ウェハ）の表面を研磨する（又は平坦化する）ためのＣＭＰ組成物及び方法が当該分野において周知である。研磨組成物（研磨スラリー、ＣＭＰスラリー、及びＣＭＰ組成物としても公知である）は、水溶液に懸濁させた（分散させた）研磨剤粒子、並びに、材料除去速度を増加させ、平坦化効率を改良し、及び／又はＣＭＰ操作の際の欠陥品率を低減するための化学添加物を一般的に含む。
酸化セリウム（セリア）研磨剤は、特に、例えば、酸化ケイ素材料、例えばテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、窒化ケイ素、及び／又はポリシリコンを含むケイ素含有基材を研磨するために、当該業界において周知である。セリア研磨剤組成物は、例えば、シャロートレンチアイソレーション用途を含めた、高機能な誘電体の用途において一般的に使用されている。セリア研磨剤の使用は公知であるが、改良されたセリア研磨剤系ＣＭＰ組成物が依然として必要とされている。特に、改良された除去速度並びに改良された平坦化（例えば、低減された腐食及びディッシング）を与えるＣＭＰ組成物が依然として必要とされている。さらに、１のケイ素含有基材対別のものの除去速度選択性（例えば、酸化ケイ素対窒化ケイ素選択性又は酸化ケイ素対ポリシリコン選択性）を与える組成物が依然として必要とされている。
ケイ素酸素材料（例えば、酸化ケイ素）及び／又は炭素ドープケイ素酸素材料を有する基材を研磨するための化学機械研磨組成物を開示する。一実施形態において、上記研磨組成物は、液体担体、液体担体に分散されている立方体状セリア研磨剤粒子、及び有機二酸を含み、又は、これらからなり、又は、これらから本質的になる。
開示されている主題、及びその利点のより完全な理解のために、添付の図と併せて以下の詳細な説明をここで参照する。
正方形面を有するセリア研磨剤粒子を示す立方体状セリア研磨剤サンプルの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。 正方形面を有するセリア研磨剤粒子を示す立方体状セリア研磨剤サンプルの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。 正方形面を有するセリア研磨剤粒子を示す立方体状セリア研磨剤サンプルの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
ケイ素酸素材料（例えば、酸化ケイ素）及び／又は炭素ドープケイ素酸素材料を有する基材を研磨するための化学機械研磨組成物を開示する。上記研磨組成物は、液体担体、液体担体に分散されている立方体状セリア研磨剤粒子、及び有機二酸を含み、又は、これらからなり、又は、これらから本質的になる。一実施形態において、有機二酸は、直鎖状飽和ジカルボン酸又はポリエチレングリコール二酸を含む。
開示されている研磨組成物及び対応するもの（ＣＭＰ法）は、有意な予想外の利点を提供し得る。例えば、開示されている組成物は、有意に改良された酸化ケイ素除去速度を提供し得、そのため、スループットを改良して時間及びお金を節約し得る。開示されている組成物は、低減されたポリシリコン除去速度及び有意に改良された酸化ケイ素対ポリシリコン選択性をさらに提供し得る。開示されている組成物は、広範なパターン特徴及び密度にわたって、改良されたディッシング及び腐食をさらに提供し得る。ある特定の実施形態は、炭素ドープ酸化ケイ素材料を研磨するとき、有意に改良された除去速度をさらに提供し得る。
研磨組成物は、液体担体に懸濁された立方体状酸化セリウム研磨剤粒子を含む研磨剤粒子を含有する。「立方体状」によって、セリア研磨剤粒子が、立方体の形態又は形状にあること、すなわち、実質的に立方状であることが意図される。別の言い方をすれば、立方体状セリア研磨剤粒子は、形態又は性質において立方状である。しかし、エッジ寸法、コーナー、及びコーナー角は、正確に又は精密に、完璧な立方体のものである必要はないことが理解されよう。例えば、立方体状研磨剤粒子は、僅かに円形状の若しくは欠けたコーナー、僅かに円形状のエッジ、互いに正確には等しくないエッジ寸法、正確には９０度ではないコーナー角、及び／又は他の小さな非規則性を有していてよく、基本的な立方体形態を依然として保持していてよい。当業者は、立方体状セリア研磨剤粒子が、粒子の成長及び脱凝集に関して概して認められる許容範囲で形態が立方状であることを（例えば、走査電子顕微鏡又は透過電子顕微鏡を介して）容易に認識することができよう。
図１、２、及び３は、例としての立方体状セリア研磨剤粒子を示す。これらの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）及び走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像は、正方形面を有するセリア研磨剤粒子を示す。例えば、これらの画像において、示されている粒子面は、それぞれ、実質的に同じ長さ（例えば、互いの２０パーセント以内又は更にはもう１つのものの１０パーセント以下の範囲内）を有する４つのエッジを含む。さらに、これらのエッジは、およそ９０度の角度（例えば、約８０～１００度又は約８５～約９５度の範囲内）でコーナーにおいて交わる。当業者は、ＴＥＭ及びＳＥＭ画像において、示されている研磨剤粒子の有意に大多数が、これらが上記に定義されているように正方形面を有するという点において、立方体状であるということを容易に理解するであろう。粒子のいくつかは、例えば、１以上のコーナーにおいて、欠陥を含んでいると観察されることがある。また、立方体状という用語は、精密に立方状であるセリア研磨剤粒子ではなく、むしろ、上記に記載され並びに図１、２、及び３に示されているように、本質的に概して立方状である粒子を記載することを意図していることが理解されよう。
本明細書において使用されているとき、立方体状セリア研磨剤を含む化学機械研磨組成物は、研磨剤粒子の少なくとも２５ナンバーパーセントが本質的に立方状である（上記で記載されているように形態又は形状が立方状である）ものである。好ましい実施形態において、研磨剤粒子の少なくとも４０ナンバーパーセント（例えば、少なくとも６０パーセント、又は少なくとも８０パーセント）が、本質的に立方状である。上記で記述されているように、立方体状セリア研磨剤粒子は、ＴＥＭ又はＳＥＭ画像を使用して、例えば、約１０，０００ｘ～約５００，０００ｘの範囲内の倍率で容易に評価及び計数され得る。ＳＥＭ又はＴＥＭ画像は、同様の長さ（例えば、上記に記載されているように互いの２０パーセント以内）を有する４辺を有する面を有する研磨剤粒子を示す。かかる画像はまた、隣接する辺が略垂直であって、例えば、約９０度（例えば、上記においても示されているように約８０～約１００度の範囲内）の角度を形成することも示している。セリア研磨剤組成物が立方体状セリア研磨剤粒子を含むか否かを決定するために、ＳＥＭ又はＴＥＭ観察は、統計分析を実施することによって正方形面を有する粒子の百分率を求めることができるように多数のランダムに選択した粒子（すなわち、２００を超える）においてなされることとなる。保持されている粒子は、これらの画像が写真においてよく見えるようにしなければならない。粒子のいくつかは、これらの表面において及び／又はこれらのコーナーの１以上においてのいずれかでいくつかの欠陥を示すことがあり、依然、立方体状であるとして計数されてよい。
立方体状セリア研磨剤粒子は、実質的に純粋なセリア研磨剤粒子（不純物に関しての通常の許容範囲内）であっても、ドープされたセリア研磨剤粒子であってもよい。ドープされたセリア研磨剤粒子は、格子間ドーパント（通常は占拠されていない格子内の空間を占拠するドーパント）又は置換ドーパント（セリウム若しくは酸素原子によって通常は占拠されている格子内の空間を占拠するドーパント）を含んでいてよい。かかるドーパントは、例えば、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、又はＹを含めた、実質的にいずれの金属原子を含んでいてもよい。
ある特定の有利な実施形態において、ドーパントは、例えば、ランタン、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、及び同種のものを含めた、１以上のランタノイドを含んでいてよい。１つの特に好適な実施形態において、立方体状セリア研磨剤粒子は、セリウム及びランタンの混合酸化物を含む。混合酸化物の研磨剤粒子は、約０．０１～約０．１５、例えば、約０．０１～約０．１２の範囲内のＬａ対（Ｌａ＋Ｃｅ）のモル比を有していてよい。かかる研磨剤粒子は、他の元素及び／又は酸化物（例えば、不純物として）を付加的に含んでいてよいことが理解されよう。かかる不純物は、研磨剤粒子を調製するプロセスにおいて使用される原料又は出発物質に由来し得る。不純物の合計割合は、好ましくは、粒子の０．２重量％未満である。残りの硝酸塩は、不純物としてみなされない。
ある特定の実施形態において、Ｌａ対（Ｌａ＋Ｃｅ）のモル比は、約０．０１～約０．０４（例えば、約０．０２～約０．０３）の範囲内であってよい。１つのかかる実施形態において、立方体状セリア研磨剤粒子は、約２．５モルパーセントの酸化ランタン及び約９７．５モルパーセントの酸化セリウムを含む。他の実施形態において、モル比は、約０．０８～約０．１２（例えば、約０．０９～約０．１１）の範囲内であってよい。１つのかかる他の実施形態において、立方体状セリア研磨剤粒子は、約１０モルパーセントの酸化ランタン及び約９０モルパーセントの酸化セリウムを含む。研磨剤粒子は、ランタン原子が酸化セリウム結晶性構造においてセリウム原子を置換している単相固溶体であってよい。一実施形態において、固溶体は、純粋な酸化セリウムよりも低い角度にシフトしている、約２７度～約２９度の間にあるピークを有する対称ｘ線回折パターンを示す。固溶体は、時効サブステップ（後述）の温度が約６０℃（３３３Ｋ）を超えるときに得られ得る。本明細書において使用されているとき、用語「固溶体」は、ｘ線回折が、個々のピークのシフトを伴う又は伴わないが、他の相の存在を示唆し得る更なるピークを伴うことなく、酸化セリウム結晶構造のパターンのみを示すことを意味する。
立方体状セリア研磨剤粒子は、ブルナウアー－エメット－テラー法（ＢＥＴ法）を使用して窒素の吸着によって粉末において求められる比表面積によって任意選択的に特徴付けられてもよい。この方法は、ＡＳＴＭ Ｄ３６６３－０３（２０１５年に再承認されている）に開示されている。研磨剤粒子は、約３～約１４ｍ2／ｇ（例えば、約７～約１３ｍ2／ｇ又は約８～約１２ｍ2／ｇ）の範囲内の比表面積を有していてよい。
立方体状セリア研磨剤粒子は、これらの平均粒度及び／又は粒度分布によって任意選択的に特徴付けられてもよい。研磨剤粒子は、約５０ｎｍ～約１０００ｎｍ（例えば、約８０ｎｍ～約５００ｎｍ、約８０ｎｍ～約２５０ｎｍ、約１００ｎｍ～約２５０ｎｍ、又は約１５０ｎｍ～約２５０ｎｍ）の範囲内の平均粒度を有していてよい。また、平均粒度は、約５０ｎｍ超（例えば、約８０ｎｍ超又は約１００ｎｍ超）であってよい。平均粒度は、動的光散乱（ＤＬＳ）を介して求められてよく、メジアン粒径（Ｄ５０）に相当する。ＤＬＳ測定は、例えば、Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能）を使用してなされてよい。当業者は、ＤＬＳ測定が、比較的大きい粒子の存在下で測定されるときに、小さい粒子を有意に少なく計数することがあることを容易に認識するであろう。本明細書に開示されている立方体状セリア研磨剤粒子では、ＤＬＳ技術は、約４０ｎｍ未満の粒子を少なく計数する傾向にある。開示されている実施形態は、ＤＬＳによって計数されないため平均粒度に寄与しないかなりのかかる小さな粒子（４０ｎｍ未満）を含んでいてよいことが理解されよう。
レーザー回折技術は、粒度分布を特徴付けるのに任意選択的に使用されてもよい。当業者は、レーザー回折技術も、小さな粒子（例えば、開示されている実施形態において４０ｎｍ未満）を少なく計数する傾向にあることを容易に認識するであろう。レーザー回折測定は、例えば、１．７の相対屈折率を使用するＨｏｒｉｂａ ＬＡ－９６０を使用してなされてよい。レーザー回折測定によって得られる分布から、例えば、Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０、Ｄ９９及び分散指数（以下に定義されている）を含めた様々なパラメータが得られ得る。レーザー回折測定に基づいて、研磨剤粒子は、約１００ｎｍ～約７００ｎｍ（例えば、約１００ｎｍ～約２００ｎｍ）の範囲内のメジアン径（Ｄ５０）を含んでいてよい。例えば、Ｄ５０は、約１００ｎｍ～約１５０ｎｍ、又は約１５０ｎｍ～約２００ｎｍの範囲内であってよい。Ｄ５０は、レーザー回折によって得られる分布から求められるメジアン径である。
立方体状セリア研磨剤粒子は、約８０ｎｍ～約４００ｎｍ（例えば、約８０ｎｍ～約２５０ｎｍ、約８０ｎｍ～約１５０ｎｍ、又は約１００ｎｍ～約１３０ｎｍ）の範囲内のＤ１０を任意選択的に有し得る。Ｄ１０は、粒子の１０％がＤ１０未満の径を有するレーザー回折によって得られる粒径を表すことが理解されよう。
立方体状セリア研磨剤粒子は、約１５０ｎｍ～約１２００ｎｍ（例えば、約１５０ｎｍ～約１０００ｎｍ、約１５０～約７５０ｎｍ、約１５０～約５００ｎｍ、約１５０～約３００ｎｍ、又は約２００ｎｍ～約３００ｎｍ）の範囲内のＤ９０を任意選択的に有し得る。Ｄ９０は、粒子の９０％がＤ９０未満の径を有するレーザー回折によって得られる粒径を表す。機械的脱凝集を経た研磨剤粒子は、約３００ｎｍ未満のＤ９０を有していてよい。
立方体状セリア研磨剤粒子は、低い分散指数を任意選択的に示してよい。「分散指数」は、以下の式の分散指数＝（Ｄ９０－Ｄ１０）／２・Ｄ５０によって定義される。分散指数は、約０．６０未満、例えば（約０．５未満、約０．４未満、又は約０．３０未満）であってよい。機械的脱凝集を経た研磨剤粒子は、約０．３０未満の分散指数を有していてよい。また、Ｄ９０／Ｄ５０は、機械的脱凝集を経た粒子に関して約１．３～約２の範囲内であってよい。
立方体状セリア研磨剤粒子は、約１５０ｎｍ～約３０００ｎｍ（例えば、約２００ｎｍ～約２０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１８００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１２００ｎｍ、約２００ｎｍ～約９００ｎｍ、約２００ｎｍ～約６００ｎｍ、約２００～約５００ｎｍ、又は約２００～約４００ｎｍ）の範囲内のＤ９９を任意選択的に有し得る。機械的脱凝集を経た研磨剤粒子は、約６００ｎｍ未満（例えば、約５００未満又は約４００未満）のＤ９９を有していてよい。Ｄ９９は、粒子の９９％がＤ９９未満の径を有するレーザー回折によって得られる粒径を表す。
研磨剤粒子は、立方体状セリア研磨剤粒子を製造するための実質的にいずれの好適な方法を使用して調製されてもよい。開示されている実施形態は、かかる研磨剤粒子を含む化学機械研磨組成物及びかかる研磨剤粒子を使用して基材を研磨するための方法を対象としており、粒子を製造するためのいずれの特定の方法にも限定されない。ある特定の実施形態において、立方体状セリア研磨剤粒子は、硝酸セリウム（及び、ドープされたセリア研磨剤が調製されるときには、任意選択的に他の硝酸塩）を析出することによって調製されてよい。析出した材料は、次いで、特定の温度及び圧力レジメンにおいて成長して、立方体状セリア研磨剤粒子の成長を促進し得る。これらの粒子は、次いで、清浄及び脱凝集され得る。立方体状セリア研磨剤粒子の分散液は、次いで調製されて、本発明の化学機械組成物を製剤化するのに使用されてよい。
１つの有利な実施形態において、立方体状酸化ランタンセリウム研磨剤粒子は、セリウムの硝酸塩及びランタンの硝酸塩を析出することによって調製され得る。１つのかかる調製方法は、以下のステップを含む：
（ｉ）不活性雰囲気下、硝酸セリウム水溶液及び水性塩基を混合する。
（ｉｉ）不活性雰囲気下（ｉ）において得られた混合物を加熱する。
（ｉｉｉ）（ｉｉ）において得られた加熱処理された混合物を任意選択的に酸性化する。
（ｉｖ）（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）において得られた固体材料を水で洗浄する。
（ｖ）（ｉｖ）において得られた固体材料を機械的に処理してセリア粒子を脱凝集する。
上記方法のステップ（ｉ）において使用される硝酸セリウム溶液は、硝酸セリウム及び硝酸ランタンの水溶液を混合することによって調製されてよい。水溶液は、ＣｅIII、ＣｅIV及びＬａIIIを含み、ＣｅIV対合計Ｃｅのモル比が約１／（５００，０００）～約１／（４，０００）の間であることによって特徴付けられ得る。１つの例の実施形態において、当該モル比は、約１／（１００，０００）～約１／（９０，０００）の間であってよい。高純度の、例えば、少なくとも９９．５重量パーセント又は更には９９．９重量パーセントの純度を有する塩及び成分を使用することが概して有利である。
ステップ（ｉ）は、硝酸セリウム水溶液を水性塩基と混合／反応することを含む。例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属酸化物及び水性アンモニアを含む、水酸化物タイプの塩基が有利であり得る。第２級、第３級又は第４級アミンが使用されてもよい。塩基の水溶液は、不活性ガスによるバブリングによって事前に脱気（脱酸素化）されてもよい。混合は、硝酸セリウム水溶液を水性塩基に導入することによって実行されてよく、不活性雰囲気下、例えば、不活性ガス（例えば窒素又はアルゴン）による閉鎖反応器において又は半閉鎖反応器において有利に実施される。混合は、撹拌しながら実施されてもよい。塩基対（Ｃｅ＋Ｌａ）のモル比は、約８．０～約３０．０の間（例えば、約９．０超）であってよい。ステップ（ｉ）は、さらに、約５℃（２７８Ｋ）～約５０℃（３２３Ｋ）の間、例えば、約２０℃（２９３Ｋ）～２５℃（２９８Ｋ）の間で実施されてよい。
ステップ（ｉｉ）は、先のステップの終わりに得られた混合物を加熱することを含み、加熱サブステップ及び時効サブステップを含んでいてよい。加熱サブステップは、混合物を約７５℃（３４８Ｋ）～約９５℃（３６８Ｋ）、例えば、約８５℃（３５８Ｋ）～約９０℃（３６３Ｋ）の範囲内の温度に加熱することを含んでいてよい。時効サブステップは、混合物を上記温度において約２時間～約２０時間の範囲内の持続期間維持する（保つ）ことを含んでいてよい。概して、時効時間は、温度が増加することによって減少する。ステップ（ｉｉ）は、ステップ（ｉ）について上記に記載されているように不活性雰囲気及び撹拌下で実施されてもよい。
ステップ（ｉｉｉ）において、ステップ（ｉｉ）の終わり得られた混合物が、例えば、硝酸を使用して任意選択的に酸性化されてよい。加熱処理された反応混合物は、例えば、約３．０未満（例えば、約１．５～約２．５の範囲内）のｐＨに酸性化されてよい。
ステップ（ｉｖ）において、ステップ（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）において得られた固体材料が、水（例えば、脱イオン水）によって洗浄されてよい。洗浄は、最終的な分散液において残存する硝酸塩を減少して目標の伝導度を得るために使用されてよい。洗浄は、混合物から固体を濾過すること及び固体を水中に再分散することを含んでいてよい。濾過及び再分散は、必要に応じて数回実施されてよい。
ステップ（ｖ）において、（ｉｖ）において得られた洗浄された固体材料が、任意選択的に機械的に処理されて、セリア研磨剤粒子を脱凝集又は部分的に脱凝集してよい。機械的処理は、例えば、ダブルジェット処理又は超音波脱凝集を含んでいてよく、通常は、狭い粒度分布、及び、大きな凝集粒子の数の低減を結果として生じさせる。
ステップ（ｉｖ）又は（ｖ）後、固体材料が乾燥されて、セリウム系粒子を粉末形態で得てよい。粉末は、水、又は水及び混和性液状有機化合物の混合物を添加してセリウム系粒子の液体媒体中での分散液を得ることによって再分散されてよい。液体媒体は、水、又は水及び水混和性有機液体の混合物であってよい。水混和性有機液体には、アルコール、例えば、プロピルアルコール、エタノール、１－プロパノール、メタノール、１－ヘキサノール；ケトン、例えば、アセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン；エステル、例えば、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、乳酸エチルが含まれていてよい。有機液体に対する水の割合は、８０～２０重量部～９９～１重量部の間であってよい。また、分散液は、約１重量パーセント～約４０重量パーセント、例えば、約１０重量パーセント～約３５重量パーセントのセリウム系粒子を含んでいてよい。分散液は、約３００μＳ／ｃｍ未満、例えば、約１５０未満、より特定的には、１５０μＳ／ｃｍ未満、又は約１００μＳ／ｃｍ未満の伝導度を有していてもよい。
研磨組成物は、実質的にいずれの好適な量の立方体状セリア研磨剤粒子を含んでいてもよい。例えば、研磨組成物は、使用時点で約０．００１重量パーセント以上（例えば、約０．００５重量パーセント以上、約０．０１重量パーセント以上、約０．０２重量パーセント以上、約０．０５重量パーセント以上、又は約０．１重量パーセント以上）の立方体状セリア研磨剤粒子を含んでいてよい。研磨組成物は、使用時点で約５重量パーセント以下（例えば、約２重量パーセント以下、約１．５重量パーセント以下、約１重量パーセント以下、又は約０．５重量パーセント以下）の立方体状セリア研磨剤粒子を含んでいてよい。立方体状セリア研磨剤粒子は、上記の終点のいずれか２つによって境界付けられる濃度で研磨組成物に存在していてよいことが理解されよう。例えば、研磨組成物中の立方体状セリア研磨剤粒子の濃度は、使用時点で約０．００１重量パーセント～約５重量パーセント（例えば、約０．０１重量パーセント～約１重量パーセント、約０．０２重量パーセント～約１重量パーセント、又は約０．０５重量パーセント～約０．５重量パーセント）の範囲であってよい。
水性液体担体は、研磨される（例えば、平坦化される）基材の表面への上記研磨剤及びいずれかの任意選択的な化学添加物の適用を容易にするために使用される。水性により、液体担体が、少なくとも５０重量％の水（例えば、脱イオン水）から構成されていることが意図される。液体担体には、例えば、低級アルコール（例えば、メタノール、エタノールなど）及びエーテル（例えば、ジオキサン、テトラヒドロフランなど）を含めた他の好適な非水性担体が含まれていてよい。好ましくは、液体担体は、水、より好ましくは脱イオン水から本質的になる、又はこれからなる。
研磨組成物は、約２～約８の範囲内のｐＨを有して概して酸性、弱酸性、又は中性である。例えば、研磨組成物は、約２～約７の範囲内のｐＨを有していてよい。一実施形態において、研磨組成物は、約３～約６（例えば、約３～約５）の範囲内のｐＨを有して酸性又は弱酸性である。例えば、１つのかかる弱酸性の実施形態において、ｐＨは、約４であってよい。
研磨組成物は、有機二酸をさらに含む。本明細書において使用されているとき、有機二酸という用語は、２つの酸基を有する有機化合物（炭素含有化合物）を指す。例えば、有機二酸は、２つのカルボキシル基（ＣＯＯＨ）を有するカルボン酸であってよい。かかる二酸は、ジカルボン酸と称されることもある。有機二酸は、例えば、直鎖状飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、置換ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、又はこれらの組み合わせを含めた、実質的にいずれの好適な有機二酸を含んでいてもよい。
直鎖状飽和ジカルボン酸は、一般式ＨＯ2Ｃ（ＣＨ2）nＣＯ2Ｈを有する。直線状によって、二酸が非分岐状の直鎖の酸であることが意図される。飽和によって、炭素－炭素結合が全て単結合である（すなわち、二重又は三重炭素－炭素結合が存在しない）ことが意図される。研磨組成物は、例えば、ｎが１～８の範囲内である実質的にいずれの好適な水溶性直鎖状飽和ジカルボン酸（すなわち、約３～約１０個の炭素原子を含む直鎖状飽和ジカルボン酸）を含んでいてもよい。かかる直鎖状飽和ジカルボン酸として、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせが挙げられる。好ましい直鎖状飽和ジカルボン酸として、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせ（ｎは、化合物が約５～約１０個の炭素原子を有するように３～８である）が挙げられる。最も好ましい直鎖状飽和ジカルボン酸として、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせ（ｎは、化合物が約７～約１０個の炭素原子を有するように５～８である）が挙げられる。例えば、１つの最も好ましい実施形態において、研磨組成物は、スベリン酸を含んでいてよい。
不飽和ジカルボン酸は、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合又は炭素－炭素三重結合を含むジカルボン酸である。研磨組成物は、例えば、モノ不飽和、ジ不飽和、又は分岐状ジカルボン酸を含めた実質的にいずれの好適な不飽和ジカルボン酸を含んでいてもよい。例としてのモノ不飽和ジカルボン酸として、マレイン酸、フマル酸、及びグルタコン酸が挙げられる。例としてのジ不飽和ジカルボン酸として、ムコン酸異性体が挙げられる。例としての分岐状ジカルボン酸として、シトラコン酸、メサコン酸、及びイタコン酸が挙げられる。
置換ジカルボン酸は、ＯＨ、ＮＨ2、Ｏ、Ｃｌ、アルカン、アルキン、若しくは他の側基、及び／又はＮ、Ｏ、Ｓ、若しくは別のヘテロ原子を含む内部ヘテロ原子置換、並びにこれらの組み合わせを含めたジカルボン酸である。研磨組成物は、例えば、リンゴ酸、酒石酸、アスパラギン酸、ジグリコール酸、ケトグルタル酸、グルタミン酸、グルタチオン、１，３－アセトンジカルボン酸、１，３－アダマンタンジカルボン酸、ビス（カルボキシメチル）トリチオカーボネート、クロロコハク酸、ブチルマロン酸、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、１，３－シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキシルコハク酸、トランス－１，２－シクロペンタンジカルボン酸、ジブロモマレイン酸、２，３－ジブロモコハク酸、ジメチルマロン酸、エチルマロン酸、イミノ二酢酸、メルカプトコハク酸、２－スルホブタン二酸、及び３－チオフェンマロン酸を含めた、実質的にいずれの好適な置換ジカルボン酸を含んでいてもよい。
芳香族ジカルボン酸は、炭素環（例えば、６個の炭素原子のベンゼン環）を含むジカルボン酸である。研磨組成物は、例えば、フタル酸異性体、ジフェン酸、ナフタレンジカルボン酸、フェニレンジプロピオン酸、及び２，２’－ビピリジン－４，４’－ジカルボン酸を含めた実質的にいずれの好適な芳香族ジカルボン酸を含んでいてもよい。
当業者は、上記の有機二酸のカテゴリーが、いくつかの二酸化合物が上記カテゴリーの２以上（例えば、置換及び芳香族）にあるように重複することを容易に認識するであろう。研磨組成物は、例えば、５－ｔｅｒｔ－ブチルイソフタル酸、２，２’－イミノ二安息香酸、６－メチルピリジン－２，３－ジカルボン酸、４，４’－オキシビス（安息香酸）、及び３－チオフェンマロン酸を含めたかかる「マルチ－カテゴリー」二酸を含んでいてもよい。
上記に列挙されている二酸化合物及びカテゴリーにおいて、カルボキシル基の１以上が、例えば、スルホン酸基又はホスホン酸基を含めた別のタイプの酸基によって置換されていてよいことがさらに理解されよう。例えば、有機二酸は、カルボキシル－ＰＥＧ２－スルホン酸及び／又はカルボキシル－ＰＥＧ２－ホスホン酸を含んでいてよい。
有機二酸化合物（複数可）が、いずれの利用可能な形態、例えば、共役酸又は塩基で使用されてもよいこと、及び、塩形態が、上記に列挙されている酸（複数可）の代わりに（又はこれに加えて）使用されてよいことがなおさらに理解されよう。
有機二酸は、ポリエチレングリコール二酸（ＰＥＧ二酸）を代替的に及び／又は付加的に含んでいてよい。ＰＥＧ二酸は、一般式：ＨＯ2ＣＣＨ2［ＯＣ2Ｈ4］nＣＨ2ＣＯ2Ｈを有する。ＰＥＧ二酸は、例えば、約１００ｇ／ｍｏｌ～約１００，０００ｇ／ｍｏｌ（例えば、約１００ｇ／ｍｏｌ～約１０，０００ｇ／ｍｏｌ、又は約１００ｇ／ｍｏｌ～約４０００ｇ／ｍｏｌ）の範囲内の実質的にいずれの好適な平均分子量を有していてもよい。１つの好適な実施形態において、ＰＥＧ二酸は、約６００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する。
研磨組成物は、実質的にいずれの好適な量の有機二酸を含んでいてもよい。例えば、研磨組成物は、使用時点で、１リットルあたり約０．１ミリモル（ｍＭ）以上（例えば、約０．２ｍＭ以上、約０．３ｍＭ以上、約０．５ｍＭ以上、約０．８ｍＭ以上、又は約１ｍＭ以上）の有機二酸を含んでいてよい。研磨組成物は、使用時点で約２０ｍＭ以下（例えば、約１５ｍＭ以下、約１０ｍＭ以下、約８ｍＭ以下、約５ｍＭ以下、又は約３ｍＭ以下）の有機二酸を含んでいてよい。有機二酸は、上記の終点のいずれか２つによって境界付けられる濃度で研磨組成物に存在していてよいことが理解されよう。例えば、研磨組成物における有機二酸の濃度は、使用時点で約０．１ｍＭ～約２０ｍＭ（例えば、約０．１ｍＭ～約１５ｍＭ、約０．２ｍＭ～約１０ｍＭ、約０．３ｍＭ～約８ｍＭ、約０．５ｍＭ～約５ｍＭ、又は約１ｍＭ～約５ｍＭ）の範囲内であってよい。
研磨組成物は、例えば、様々な化学添加物を含めた、１以上の追加の構成要素を任意選択的にさらに含んでいてよい。かかる添加剤は、例えば、立方体状セリア研磨剤粒子の表面及び／又は研磨された基材の表面と（例えば、静電相互作用及び／又は水素結合を介して）会合されてよい。化学添加剤は、例えば、分散剤、レオロジー剤、研磨速度加速剤、研磨速度抑制剤、又は選択性促進剤であってよい（一方の材料対さらに他のものの除去速度比を改良するため）。かかる化学添加物は、例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、正味中性の界面活性剤、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、及び／又は非イオン性ポリマーを含んでいてよい。開示されている実施形態は、これらの場合による添加剤の使用に関して限定されないことが理解されよう。
ある特定の実施形態、特に、炭素ドープ酸化ケイ素層を研磨することが意図されるものは、研磨速度加速剤をさらに含んでいてよい。好適な研磨速度加速剤は、例えば、基材を活性化するカルボン酸化合物を含んでいてよい。例としての速度向上剤として、ピコリン酸、ニコチン酸、キナルジン酸、イソニコチン酸、酢酸、及び４－ヒドロキシ安息香酸が挙げられる。以下に記載されている１つの有利な実施形態において、研磨速度加速剤は、ピコリン酸を含む。
開示されている研磨組成物は、例えば、窒化ケイ素除去を阻害するために、不飽和カルボン一酸添加剤をさらに含んでいてよい。好適な不飽和一酸として、例えば、アクリル酸、２－ブテン酸（クロトン酸）、２－ペンテン酸、トランス－２－ヘキセン酸、トランス－３－ヘキセン酸、２－ヘキシン酸、２，４－ヘキサジエン酸、ソルビン酸カリウム、トランス－２－メチル－２－ブテン酸、３，３－ジメチルアクリル酸、又はこれらの組み合わせを、これらの立体異性体を含めて挙げることができる。クロトン酸は、以下に記載されている１つの例の実施形態において、含まれている。
開示されている研磨組成物のある特定の実施形態は、炭素ドープ（例えば、高度炭素ドープ）酸化ケイ素層を研磨するのに使用されてよい。１つの有利な実施形態は、立方体状セリア粒子、ＰＥＧ二酸、及びピコリン酸を含む。組成物は、不飽和カルボン一酸、例えば、クロトン酸をさらに任意選択的に含んでいてよい。
研磨組成物は、殺生物剤を任意選択的にさらに含んでいてよい。殺生物剤は、実質的にいずれの好適な殺生物剤、例えば、イソチアゾリノン殺生物剤、例えば、メチルイソチアゾリノン又はベンズイソチアゾロンを含んでいてもよい。使用時点でおける研磨組成物の殺生物剤の量は、典型的には、使用時点で約１重量ｐｐｍ～約１００重量ｐｐｍ、例えば、約５重量ｐｐｍ～約７５重量ｐｐｍの範囲内である。
研磨組成物は、当業者に公知であるもののうちの多くの、いずれの好適な技術を使用して調製されてもよい。研磨組成物は、バッチ又は連続プロセスにおいて調製されてよい。概して、研磨組成物は、その構成要素をいずれの順序で組み合わせることによって調製されてもよい。用語「構成要素」は、本明細書において使用されているとき、個々の成分（例えば、研磨剤粒子、有機二酸、及びいずれかの任意選択的な添加剤）を含む。例えば、有機二酸は、所望の濃度で水性担体（例えば、水）に添加されてよい。ｐＨは、次いで（所望により）調整されてよく、立方体状セリア研磨剤が、研磨組成物を得るために、所望の濃度（複数可）で添加される。研磨組成物は、使用の直前（例えば、使用前の約１分以内、又は使用前の約１時間以内、又は使用前の約１若しくは約７日以内）に、研磨組成物に添加される１以上の構成要素によって、使用の前に調製されてよい。研磨組成物は、（例えば、研磨パッドにおいて）研磨作業の際に基材の表面で構成要素を混合することによって調製されてもよい。
ある特定の実施形態において、研磨組成物は、「２パック」系として提供され得る。例えば、第１パックは、立方体状セリア研磨剤及び他の任意選択的な構成要素を含んでいてよく、第２パックは、有機二酸及びさらに他の任意選択的な構成要素を含んでいてよい。第１及び第２パックは、別個に輸送されて、研磨の前に（例えば、研磨の１時間若しくは１日以内に）、又はＣＭＰ操作の際に研磨パッドにおいて合わされてよい。
本発明の研磨組成物は、使用の前に適量の水によって希釈されることが意図されている濃度で提供され得る。かかる実施形態において、研磨組成物濃縮物は、立方体状セリア研磨剤粒子、有機二酸、及び他の任意選択的な添加剤を、適量の水によって濃縮物を希釈する際に研磨組成物の各構成要素が各構成要素について上記で列挙されている適切な範囲内にある量で研磨組成物に存在するような量で含んでいてよい。例えば、立方体状セリア研磨剤粒子、有機二酸、及び他の任意選択的な添加剤は、それぞれ、各構成要素について上記に列挙されている使用時点濃度を超えて約３倍（例えば、約４倍、約５倍、約６倍、約７倍、約８倍、約１０倍、約１５倍、約２０倍、又は約２５倍）の量で研磨組成物に存在していてよく、その結果、濃縮物が等体積の水（例えば、２等体積の水、３等体積の水、４等体積の水、５等体積の水、６等体積の水、７等体積の水、９等体積の水、１４等体積の水、１９等体積の水、又は２４等体積の水）で希釈されるとき、各構成要素が、各構成要素について上記に記載されている範囲内の量で研磨組成物に存在することとなる。
研磨組成物が２パック系として提供される実施形態において、パックのいずれか又は両方が、濃縮物として提供されて、他のパックとの混合の前に希釈を必要とし得る。例えば、一実施形態において、第１パックは、上記で列挙されている使用時点濃度を超えて約３倍（例えば、約５倍、約８倍、約１０倍、約１５倍、又は約２０倍）である濃度で立方体状セリア研磨剤粒子を含むような濃縮物として提供される。濃縮された第１パックは、第２パックと組み合わせる前に、好適な量の水と混合されてよい。同様に、第２パックは、上記に列挙されている使用時点の濃度の約３倍（例えば、約５倍、約８倍、約１０倍、約１５倍、又は約２０倍）を超える濃度で有機二酸を含むように、濃縮物として提供され得る。かかる実施形態において、濃縮された第２パックは、第１パックと組み合わせる前に、好適な量の水と混合されてよい。ある特定の実施形態において、第１及び第２パックは、両方が、組み合わせる前に水によって希釈されてよい。開示されている実施形態は、これらの点において限定されない。
本発明の研磨方法は、例えば、取り付けられているプラテン及びパッドを含めた化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と併せて使用するのに特に適している。当業者に公知であるように、基材の研磨は、基材が研磨パッド及び本発明の研磨組成物と接触して設置されて、次いで、研磨パッド及び基材が基材の少なくとも一部を摩耗させるように互いに対して移動するときに行われる。本発明方法は、上記の本発明組成物を提供すること、基材（例えば、ウェハ）を本発明組成物と接触させること、基材に対して研磨組成物を移動させること、及び基材を摩耗させて少なくとも１層の一部を基材から除去し、これにより基材を研磨することを含む。
基材は、酸化ケイ素含有誘電体層を概して含む。例えば、酸化ケイ素を含む誘電体材料又は酸化ケイ素系誘電体層は、以下のいずれか１以上を含んでいてよく、これらからなっていてよく、又はこれらから本質的になっていてよい：テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、リンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウリンケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）酸化物（スピンオンガラスと称されることもある）、化学蒸着（ＣＶＤ）酸化物、プラズマ助長テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、又は非ドープケイ酸塩ガラス。
研磨組成物は、酸化ケイ素材料を含む基材を研磨するとき、高い除去速度を望ましくは示す。例えば、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物及び／若しくはプラズマ助長テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、並びに／又はテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を含むシリコンウェハを研磨するとき、研磨組成物は、約１０００Å（１００ｎｍ）／分以上（例えば、約２０００Å（２００ｎｍ）／分以上、約２，５００Å（２５０ｎｍ）／分以上、約３，０００Å（３００ｎｍ）／分以上、約３，５００Å（３５０ｎｍ）／分以上、約４０００Å（４００ｎｍ）／分以上、約４５００Å（４５０ｎｍ）／分以上、又は約５０００Å（５００ｎｍ）／分以上）の酸化ケイ素除去速度を望ましくは示す。
ある特定の実施形態において、基材は、酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素と組み合わせてポリシリコンを含む。ポリシリコンは、いずれの好適なポリシリコンであってもよく、これらの多くが当該分野において知られている。ポリシリコンは、いずれの好適な相を有していてもよく、非晶質、結晶性、又はこれらの組み合わせであってよい。
研磨組成物は、ポリシリコンを含む基材を研磨するときに低い除去速度を望ましくは示す。例えば、ポリシリコン層を含むシリコンウェハを研磨するとき、研磨組成物は、約５００未満／分（例えば、約２００未満／分、約１５０未満／分、約１００未満／分、約７５未満／分、約５０未満／分、又は約２５未満／分）のポリシリコン除去速度を望ましくは示す。
ある特定の実施形態において、研磨組成物は、ストップオンポリ（ＳＯＰ）用途、例えば、ＮＡＮＤフラッシュ用途に有利に使用され得る。「ストップオンポリ」によって、研磨組成物が、比較的低いポリシリコン除去速度及び比較的高い酸化ケイ素除去速度を示すことが意図される。換言すると、研磨組成物は、高い酸化ケイ素対ポリシリコン除去速度選択性を示す。例の実施形態において、研磨組成物は、少なくとも４０～１（例えば、少なくとも５０～１、少なくとも６０～１、少なくとも８０～１、少なくとも１００～１、又はさらには少なくとも１５０～１）の酸化ケイ素対ポリシリコン選択性を示し得る。
研磨組成物及び方法は、パターン形成された酸化ケイ素層を有する基材を研磨するとき、低いディッシング及び腐食をさらに望ましくは示す。例えば、ポリシリコントレンチ上に充填された酸化ケイ素材料を含むパターン形成されたウェハを研磨するとき、研磨組成物は、約２００Å（２０ｎｍ）未満（例えば、約１５０Å（１５ｎｍ）未満、約１００Å（１０ｎｍ）未満、約７５Å（７．５ｎｍ）未満、又は約５０Å（５ｎｍ）未満）の腐食及びディッシングを望ましくは示す。また、研磨組成物及び方法は、かかる腐食及びディッシングレベルを、広範な線幅及びパターン密度、例えば、０．５μｍ～１００μｍの範囲内の線幅及び１０パーセント～９０パーセントの範囲内のパターン密度にわたって望ましくは達成する。
開示されている研磨組成物は、炭素ドープ酸化ケイ素フィルム（又は基材）、例えば、高度炭素ドープ酸化ケイ素フィルム（高度ドープによって、材料が５０モルパーセント以上の炭素を含むことが意図される）を研磨するのにさらに使用され得る。かかる用途において、研磨組成物は、炭素ドープ酸化ケイ素材料を研磨するときに高い除去速度を望ましくは示す。例えば、かかる材料を含むシリコンウェハを研磨するとき、研磨組成物は、約１０００Å（１００ｎｍ）／分以上（例えば、約１５００Å（１５０ｎｍ）／分以上、約２，０００Å（２００ｎｍ）／分以上、約２，５００Å（２５０ｎｍ）／分以上、又は約３，０００Å（３００ｎｍ）／分以上）の酸化ケイ素除去速度を示し得る。炭素ドープ酸化ケイ素材料（特に高度炭素ドープ酸化ケイ素材料）において高い除去速度を達成することは、表面の疎水性に起因して部分的にカレンダリングすることである。立方体状セリア粒子を含むある特定の開示されている実施形態は、研磨組成物において湿潤剤を使用しなくても、高い炭素ドープ酸化ケイ素材料除去速度を達成させることができることがある。
本開示は、多くの実施形態を含むことが理解されよう。これらの実施形態は、以下の実施形態を含むが、これらに限定されない。
第１実施形態において、化学機械研磨組成物は、液体担体；液体担体に分散されている立方体状セリア研磨剤粒子；及び有機二酸を含む。
第２実施形態は、立方体状セリア研磨剤粒子が、酸化セリウム及び酸化ランタンの混合物を含む、第１実施形態を含んでいてよい。
第３実施形態は、立方体状セリア研磨剤粒子が、約１～約１５パーセントの範囲内の、ランタン対ランタン＋セリウムのモル比を有する、第１又は第２実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第４実施形態は、立方体状セリア研磨剤粒子が、約３ｍ2／ｇ～約１４ｍ2／ｇの範囲内のＢＥＴ表面積を有する、第１～第３実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第５実施形態は、立方体状セリア研磨剤粒子が、約５０～約５００ｎｍの平均粒度を有する、第１～第４実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第６実施形態は、約０．０１～約１重量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含む、第１～第５実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第７実施形態は、二酸が、直鎖状飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、置換ジカルボン酸、又は芳香族ジカルボン酸である、第１～第６実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第８実施形態は、二酸が、直鎖状飽和ジカルボン酸を含む、第１～第７実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第９実施形態は、二酸が、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせを含む、第１～第８実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１０実施形態は、二酸が、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせを含む、第１～第９実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１１実施形態は、二酸が、スベリン酸である、第１～第１０実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１２実施形態は、二酸が、ポリエチレングリコール二酸を含む、第１～第６実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１３実施形態は、ポリエチレングリコール二酸が、約１００～約１２００ｇ／ｍｏｌの範囲内の分子量を有する、第１２実施形態を含んでいてよい。
第１４実施形態は、約３～約５の範囲内のｐＨを有する、第１～第１３実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１５実施形態は、使用時点で、少なくとも１ｍＭの有機二酸を有する、第１～第１４実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１６実施形態は、使用時点で約０．０１～約１重量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含み：（ｉ）立方体状セリア研磨剤粒子が、酸化セリウム及び酸化ランタンの混合物を含み、約５０～約５００ｎｍの平均粒度を有し；（ｉｉ）有機二酸が、スベリン酸、ポリエチレングリコール二酸、又はこれらの混合物であり；（ｉｉｉ）組成物が、約３～約５の範囲内のｐＨを有する、第１～第１５実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第１７実施形態は、有機二酸が、ポリエチレングリコール二酸であり、組成物が、ピコリン酸をさらに含む、第１６実施形態を含んでいてよい。
第１８実施形態は、クロトン酸をさらに含んでいてよい、第１７実施形態を含んでいてよい。
第１９実施形態は、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、正味中性の界面活性剤、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、非イオン性ポリマー、及び殺生物剤のうちの少なくとも１つをさらに含む、第１～第１８実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第２０実施形態は、酸化ケイ素誘電体材料を含む基材を化学機械研磨する方法を含む。当該方法は：（ａ）第１～第１９実施形態のいずれか１つを含む研磨組成物を提供すること；（ｂ）基材を上記提供された研磨組成物と接触させること；（ｃ）上記研磨組成物を基材に対して移動させること；及び（ｄ）基材を摩耗させて酸化ケイ素誘電体材料の一部を基材から除去することにより基材を研磨することを含む。
第２１実施形態は、基材が、ポリシリコン材料をさらに含み、酸化ケイ素材料対ポリシリコン材料の除去速度選択性が、（ｄ）において約５０：１を超える、第２０実施形態を含んでいてよい。
第２２実施形態は、酸化ケイ素誘電体材料が、炭素ドープ酸化ケイ素材料であり、炭素ドープ酸化ケイ素材料の除去速度が、（ｄ）において約１０００Å（１００ｎｍ）／分を超える、第２０実施形態を含んでいてよい。
第２３実施形態は、炭素ドープ酸化ケイ素材料が、５０モルパーセントを超える炭素を含む、第２２実施形態を含んでいてよい。
第２４実施形態は、二酸が、ポリエチレングリコール二酸を含む、第２０～第２３実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第２５実施形態は、研磨組成物が、ピコリン酸及びクロトン酸のうちの少なくとも１つをさらに含む、第２４実施形態を含んでいてよい。
第２６実施形態は、第１～第１９実施形態のいずれか１つの上記の提供することが、（ａｉ）研磨濃縮物を提供すること、及び（ａｉｉ）研磨濃縮物を少なくとも一部の水によって希釈して研磨濃縮物の一部とすることにより研磨組成物を得ることを含む、第２０～第２５実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第２７実施形態は、第１～第１９実施形態のいずれか１つの上記の提供することが、（ａｉ）立方体状セリア研磨剤粒子を含む第１パック及び二酸を含む第２パックを提供すること、並びに、（ａｉｉ）第１及び第２パックを合わせて研磨組成物を得ることを含む、第２０～第２６実施形態のうちのいずれか１つを含んでいてよい。
第２８実施形態は、第１及び第２パックの少なくとも１つが、（ａｉｉ）において合わせる前に水によって希釈される、第２７実施形態を含んでいてよい。
以下の例は、発明をさらに説明するが、当然ながら、その範囲を限定すると何ら解釈されるべきではない。様々な基材を、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｍｉｒｒａ（登録商標）研磨ツール（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能）を使用して研磨した。ブランケットウェハを、１００ｒｐｍのプラテン速度、８５ｒｐｍのヘッド速度、３ｐｓｉ（２０６８４．２８Ｐａ）の下向きの力、及び１５０ｍｌ／分のスラリー流量で、Ｍｉｒｒａ（登録商標）において６０秒間研磨した。上記ウェハを、６ポンド（２．７１２６ｋｇ）の下向きの力でＳａｅｓｏｌ ＤＳ８０５１コンディショナを使用するインサイチュコンディショニングによって、ＮｅｘＰｌａｎａｒ（登録商標）Ｅ６０８８パッド（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）において研磨した。
ブランケットテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、及びポリシリコンウェハを、後続する実施例において研磨した。ＴＥＯＳウェハをＷＲＳ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから得、これは、２０ｋÅ（２０００ｎｍ）のＴＥＯＳ層を含んだ。ＨＤＰウェハをＳｉｌｙｂから得、これは、１０ｋÅ（１０００ｎｍ）のＨＤＰ酸化物層を含んだ。ポリシリコンウェハをＷＲＳ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから得、これは、１０ｋÅ（１０００ｎｍ）のポリＳｉ層を含んだ。パターン形成されたＨＤＰウェハはまた、実施例４及び６においても研磨した。パターン形成されたＨＤＰウェハをＳｉｌｙｂから得、これは、２ｋÅ（２００ｎｍ）の下層のポリシリコンを有する、ＳＴＩ１の４ｋÅ（４００ｎｍ）のＨＤＰ酸化物を含んだ。
実施例１
原料の酸化セリウム分散液を以下のように調製した。硝酸セリウム溶液を、１３．１ｋｇの３Ｍの硝酸セリウム（３価）（ＩＩＩ）溶液、０．３ｋｇの３Ｍの硝酸ランタン溶液、２．０ｋｇの６８％の硝酸（ＨＮＯ3）溶液、０．５ｋｇの脱イオン水、及び硝酸セリウム（ＩＶ）を、０．００００５５に等しいセリウム（ＩＶ）対セリウム（合計）のモル比で合わせることによって調製した。硝酸セリウム溶液を、次いで、２０Ｌ容器において、撹拌及び窒素バブリング下で脱気した。
アンモニア水溶液を、７５ｋｇの脱イオン水及び１３．１ｋｇの２５％の水性アンモニアの溶液を合わせる（硝酸セリウム溶液中のセリウム及びランタンの合計に対するアンモニア水溶液中のＮＨ4ＯＨのモル比が９．０であるように）ことによって調製した。アンモニア水溶液を、次いで、１００Ｌ容器のジャケット付反応器において撹拌及び窒素バブリング下で脱気した。
硝酸セリウム溶液を、次いで、窒素パージ下、同じ撹拌により、アンモニア水溶液に周囲温度で添加した。反応混合物の温度を次いで８０℃（３５３Ｋ）まで増加させ、当該温度で１８時間保持した。反応混合物を次いで放置冷却し、冷却下、６８％の硝酸を添加することによってｐＨ２に酸性化した。
反応混合物を次いで濾過し、脱イオン水で洗浄した。洗浄溶液の伝導度が０．０４ｍＳ／ｃｍ未満であるとき、洗浄を繰り返した。脱イオン水を添加して、最終的な酸化セリウム濃度を１０重量パーセントに調整した。立方体状セリア研磨剤粒子は、２．５モルパーセントの酸化ランタン及び９７．５モルパーセントの酸化セリウムを含んだ。
ＢＥＴ比表面積を窒素吸着によって求めたところ、１ｇあたり１１．８ｍ2であった。平均粒度は、Ｈｏｒｉｂａ９６０によって測定したところ１０２ｎｍであり、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒによって測定したところ１４０ｎｍであった。
実施例２
２つの研磨組成物を試験して、ＴＥＯＳ、ＨＤＰ、及びポリシリコン研磨速度を評価した。各組成物を、第１パック（Ａパック）を脱イオン水及び対応する第２パック（Ｂパック）と合わせることによって調製した。組成物２Ａでは、Ａパックは、ｐＨ３．５の２重量パーセントの対照セリア（湿式プロセスセリア、Ｒｈｏｄｉａから市販されているＨＣ６０（商標））を含んだ。組成物２Ｂでは、Ａパックは、１重量部の実施例１において上記に記載されている原料セリア分散液及び４重量部の脱イオン水を含んだ。セリア濃度は２重量パーセントであり、ｐＨを３．５に調整した。Ｂパックは、ｐＨ４の５ミリモル（ｍＭ）のスベリン酸を含んだ。
Ａパックの一部を、まず、６部の脱イオン水と合わせ、次いで、３部のＢパックとさらに合わせて、０．２重量パーセントのセリア研磨剤及び１．５ｍＭのスベリン酸を含む使用時点組成物を得た。
ブランケットＴＥＯＳ、ＨＤＰ、及びポリシリコン（ポリＳｉ）ウェハを、上記で列挙されている条件でＭｉｒｒａ（登録商標）において６０秒間研磨した。研磨結果を表１に示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。
Figure 2022553346000002
表１に記載されている結果から容易に明らかであるように、立方体状セリア研磨剤は、予想外に、ＴＥＯＳ除去速度を約１．８ｘ、ＨＤＰ除去速度を約１．５ｘに増加させたが、ポリシリコン除去速度も３０パーセントを超えて低減させた。結果として、立方体状セリア研磨剤は、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ除去速度を有意に増加させたが、同時に、予想外に、ＴＥＯＳ対ポリシリコン選択性を２．７ｘ、ＨＤＰ対ポリシリコン選択性を２．２ｘ（～１００超）に増加させた。
実施例３
９つの研磨組成物を試験して、ＴＥＯＳ、ＨＤＰ、及びポリシリコン研磨速度を評価した。各組成物を、Ａパックを脱イオン水及び対応するＢパックと合わせることによって調製した。組成物３Ａ～３Ｄでは、Ａパックは、ｐＨ３．５で、２重量パーセントの、実施例２において上記に記載されている対照セリアを含んだ。組成物３Ｅ～３Ｉでは、Ａパックは、１重量部の実施例１において上記に記載されている原料セリア分散液及び４重量部の脱イオン水を含んだ。セリア濃度は２重量パーセントであり、ｐＨを３．５に調整した。Ｂパックは、ｐＨ４で、５ｍＭのコハク酸（３Ａ及び３Ｅ）、５ｍＭのグルタル酸（３Ｂ及び３Ｆ）、５ｍＭのピメリン酸（３Ｃ及び３Ｇ）、及び５ｍＭのスベリン酸（３Ｄ及び３Ｈ）を含んだ。組成物３Ｉに関するＢパックは、ｐＨ４に調整した脱イオン水を含んだ。
Ａパックの一部を、まず、６部の脱イオン水と合わせ、次いで、３部のＢパックとさらに合わせて、０．２重量パーセントのセリア研磨剤及び１．５ｍＭ二酸（二酸を含まない組成物３Ｉを除く）を含む使用時点組成物を得た。
組成物３Ａ～３Ｄでは、ブランケットＴＥＯＳ及びポリシリコンウェハを、上記で列挙されている条件でＭｉｒｒａ（登録商標）において６０秒間研磨した。組成物３Ｅ～３Ｉでは、ブランケットＴＥＯＳ及びＨＤＰウェハを、Ｅ６０８８パッドにおいて、３ｐｓｉ（２０６８４．２８Ｐａ）の下向きの力、８８ｒｐｍのプラテン速度、８５ｒｐｍのヘッド速度、及び５０ｍｌ／分のスラリー流量で、Ｌｏｇｉｔｅｃｈベンチトップ研磨ツールにおいて研磨した。パッドを、６ポンド（２．７１２６ｋｇ）の下向きの力で、Ｓａｅｓｏｌ ＤＳ８０５１コンディショナを使用してインサイチュでコンディショニングした。研磨結果を表２Ａ及び２Ｂに示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。
Figure 2022553346000003
Figure 2022553346000004
表２Ａ及び２Ｂに記載されている結果から容易に明らかであるように、ＴＥＯＳ除去速度は、立方体状研磨剤セリアでは、二酸における炭素原子数の増加（ピメリン酸＞グルタル酸＞コハク酸）と共に増加するが、ＴＥＯＳ除去速度は、対照の湿式セリアでは、二酸における炭素原子数の増加（コハク酸＞グルタル酸／ピメリン酸＞スベリン酸）と共に概して減少している。そのため、立方体状セリア研磨剤を含む組成物は、対照の湿式セリアを使用するものと比較して、有意により高い除去速度及びＴＥＯＳ対ポリシリコン選択性を有利にも達成することが予期される。立方体状セリア研磨剤を含む組成物（特に３Ｇ及び３Ｈ）は、Ｍｉｒｒａ（登録商標）ツールと比較して除去速度を抑制することが知られているＬｏｇｉｔｅｃｈ研磨ツールにおいて試験しても、ＴＥＯＳ除去速度の有意な増加を示すことが理解されよう。
実施例４
２つの研磨組成物を試験して、ブランケットウェハにおけるＴＥＯＳ、ＨＤＰ及びポリシリコン研磨速度、並びに、パターン形成されたウェハにおける腐食、ディッシング及びポリシリコン損失を評価した。各組成物を、Ａパックを脱イオン水及び対応するＢパックと合わせることによって調製した。組成物２Ａでは、Ａパックは、ｐＨ３．５で、２重量パーセントの、実施例２において上記に記載されている対照セリアを含んだ。組成物２Ｂでは、Ａパックは、１重量部の実施例１において上記に記載されている原料セリア分散液及び４重量部の脱イオン水を含んだ。セリア濃度は２重量パーセントであり、ｐＨを３．５に調整した。Ｂパックは、ｐＨ４．０で、３．３ｍＭのポリエチレングリコール二酸６００を含んだ。
Ａパックの一部を、まず、６部の脱イオン水と合わせ、次いで、３部のＢパックとさらに合わせて、０．２重量パーセントのセリア研磨剤及び１．０ｍＭのポリエチレングリコール二酸６００を含む使用時点組成物を得た。
ブランケットＴＥＯＳ、ＨＤＰ、及びポリシリコンウェハを、上記で列挙されている条件でＭｉｒｒａ（登録商標）において６０秒間研磨した。パターンウェハを、同じ条件で終点＋１００％まで研磨した。研磨結果を表３Ａ及び３Ｂに示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。ディッシング、腐食、及びポリシリコン（ポリＳｉ）損失を、多くの異なる線パターン（第１数は、ミクロンでの線幅を指し、第２数は、パターン密度を指す）についてオングストローム（Å（０．１ｎｍ））で列挙する。
Figure 2022553346000005
Figure 2022553346000006
表３Ａ及び３Ｂに記載されている結果から容易に明らかであるように、立方体状セリア研磨剤は、予想外に、ＴＥＯＳ除去速度を約１．５ｘ、ＨＤＰ除去速度を約１．７ｘに増加させたが、ポリシリコン除去速度も１５パーセントを超えて低減させた。結果として、立方体状セリアは、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ除去速度を有意に増加させたが、同時に、ＴＥＯＳ対ポリシリコン選択性をほぼ２ｘ、ＨＤＰ対ポリシリコン選択性を２ｘを超えて増加させた。また、立方体状セリア研磨剤を含む組成物４Ｂは、対照の湿式セリアを含む組成物と比較して、概して優れたトポグラフィ性能（腐食、ディッシング、及びポリＳｉ損失を含む）を有した。ＴＥＯＳ除去速度が高いほど研磨組成物のトポグラフィ性能を劣化させることが概してよく知られているため、かかる改良されたトポグラフィは、有意に有利であり且つ予想外である。
実施例５
６つの研磨組成物を試験して、ブランケットウェハにおいてＴＥＯＳ、ＨＤＰ、及びポリシリコン研磨速度を評価した。各組成物を、Ａパックを脱イオン水及び対応するＢパックと合わせることによって調製した。組成物５Ａ、５Ｃ、及び５Ｅでは、Ａパックは、ｐＨ３．５で、２重量パーセントの、実施例２において上記に記載されている対照セリアを含んだ。組成物５Ｂ、５Ｄ、及び５Ｆでは、Ａパックは、１重量部の実施例１において上記に記載されている原料セリア分散液及び４重量部の脱イオン水を含んだ。セリア濃度は２重量パーセントであり、ｐＨを３．５に調整した。Ｂパックは、ｐＨ４で、３．３ｍＭのポリエチレングリコール二酸（分子量約６００ｇ／ｍｏｌ）（５Ａ及び５Ｂ）、６．６ｍＭのポリエチレングリコール二酸６００（５Ｃ及び５Ｄ）、又は１０ｍＭのポリエチレングリコール二酸６００（５Ｅ及び５Ｆ）を含んだ。
Ａパックの一部を、まず、６部の脱イオン水と合わせ、次いで、３部のＢパックとさらに合わせて、０．２重量パーセントのセリア研磨剤を含む、使用時点組成物を得た。使用時点二酸濃度を表４Ａに列挙する。
Figure 2022553346000007
ブランケットＴＥＯＳ、ＨＤＰ、及びポリシリコンウェハを、上記で列挙されている条件でＭｉｒｒａ（登録商標）において６０秒間研磨した。研磨結果を表４Ｂに示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。
Figure 2022553346000008
表４Ｂに記載されている結果から容易に明らかであるように、立方体状セリア研磨剤を含む組成物（５Ｂ、５Ｄ、及び５Ｅ）は、より高い二酸仕込み量において、高いＴＥＯＳ及びＨＤＰ除去速度並びに高い対ポリシリコン選択性を生じることができる。２ｍＭの二酸（５Ｃ及び５Ｄ）では、立方体状セリア研磨剤が、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ除去速度を約２．２ｘ及び２．７ｘに増加させた。また、立方体状セリア研磨剤を含む組成物は、全ての二酸仕込み量において、優れた酸化物（ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）対ポリシリコン選択性を示した。
実施例６
６つの研磨組成物を試験して、ブランケットウェハにおいてＨＤＰ及びポリシリコン研磨速度、並びにパターン形成されたウェハにおいてディッシング及び腐食を評価した。各組成物を、Ａパックを脱イオン水及び対応するＢパックと合わせることによって調製した。組成物６Ａでは、Ａパックは、ｐＨ３．５で、２重量パーセントの、実施例２において上記に記載されている対照セリアを含んだ。組成物６Ｂ～６Ｆのそれぞれでは、Ａパックを、実施例１において上記に記載されている原料セリア分散液及び脱イオン水を使用して作製した。セリア濃度は、０．５重量パーセント（６Ｂ及び６Ｃ）、１．２５重量パーセント（６Ｄ）、又は２重量パーセント（６Ｅ及び６Ｆ）であり、ｐＨを３．５に調整した。組成物６Ａに関するＢパックは、ｐＨ４で、５ｍＭのポリエチレングリコール二酸（分子量約６００ｇ／ｍｏｌ）を含んだ。組成物６Ｂ～６Ｆに関するＢパックは、ｐＨ４で、５ｍＭ（６Ｂ及び６Ｅ）、６．２５ｍＭ（６Ｄ）又は７．５ｍＭ（６Ｃ及び６Ｆ）スベリン酸を含んだ。
Ａパックの一部を、まず、６部の脱イオン水と合わせ、次いで、３部のＢパックとさらに合わせて、表５Ａに列挙されている使用時点組成物を得た。
Figure 2022553346000009
ブランケットＨＤＰ及びポリシリコンウェハを、上記で列挙されている条件でＭｉｒｒａ（登録商標）において６０秒間研磨した。パターンウェハを、同じ条件で終点＋１００％まで研磨した。研磨結果を表５Ｂ及び５Ｃに示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。ディッシング、腐食をオングストローム（Å（０．１ｎｍ））で列挙する。
Figure 2022553346000010
Figure 2022553346000011
表５Ｂ及び５Ｃに記載されている結果から容易に明らかであるように、立方体状セリア研磨剤粒子を含む組成物は、非常に低い研磨剤仕込み量（６Ｂにおける０．０５重量パーセント）において高いＨＤＰ除去速度及び非常に高いＨＤＰ対ポリシリコン選択性（＞２００）を示す。より高い研磨剤仕込み量（６Ｅ及び６Ｆにおける０．２重量パーセント）では、非常に高いＨＤＰ除去速度が、約１００のＨＤＰ対ポリシリコン選択性と共に観察された。組成物６Ｄは、高いＨＤＰ除去速度及び高いＨＤＰ対ポリシリコン選択性の両方を示した。改良されたトポグラフィ（対照の６Ａと比較したディッシング及び腐食）が、全ての組成物について、（ほんの少しを除いて）全ての特徴にわたって観察された。組成物６Ｄは、特に、あらゆる特徴においても有意に改良されたトポグラフィを示した。２００パーセントの過剰研磨（ＯＰ）であっても、組成物６Ｄは対照より優れた。実施例４において上記で記述されているように、酸化物除去速度が高いほど研磨組成物のトポグラフィ性能を劣化させることが概してよく知られているため、かかる改良されたトポグラフィは、有意に有利であり且つ予想外である。
実施例７
２つの研磨組成物を試験して、炭素ドープスピンオンガラス（ＳＯＧ）ｌｏｗ－ｋ誘電体における研磨速度を評価した。組成物７Ａ及び７Ｂを、使用時点濃度が個々のパックについて以下に列挙されているものの半分となるようにＡパック及びＢパックを１：１の比で合わせることによって調製した。Ａパックは、０．５重量パーセントのセリア研磨剤、３８９重量ｐｐｍのピコリン酸、及び１４ｐｐｍのＫｏｒｄｅｋ ＭＬＸ殺生物剤を含み、４のｐＨを有した。組成物７Ａは、実施例２において上記に記載されている対照セリアを含んだ。組成物７Ｂは、実施例１において上記に記載されているように調製された立方体状セリア研磨剤粒子を含んだ。Ｂパックは、それぞれ、１１７重量ｐｐｍのポリエチレングリコール二酸（分子量約６００ｇ／ｍｏｌ）、１１７重量ｐｐｍのクロトン酸、及び８３重量ｐｐｍのＫｏｒｄｅｋ ＭＬＸ殺生物剤を含み、４のｐＨを有した。組成物７Ａに関するＢパックは、２３３重量ｐｐｍのＧＰｏｌｙ ＯＫＳ－１１８０（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能なブタンジオールビニルアルコールコポリマー）をさらに含んだ。
炭素ドープ二酸化ケイ素ＳＯＧ層を含む基材をＢｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅから得、Ｅ６０８８パッドにおいて、１．５ｐｓｉ（１０３４２．１４Ｐａ）の下向きの力、８８ｒｐｍのプラテン速度、８５ｒｐｍのヘッド速度、及び５０ｍｌ／分のスラリー流量で、Ｌｏｇｉｔｅｃｈベンチトップ研磨ツールにおいて研磨した。パッドを、６ポンド（２．７１２６ｋｇ）の下向きの力で、Ｓａｅｓｏｌ ＤＳ８０５１コンディショナを使用してインサイチュでコンディショニングした。研磨結果を表６に示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。炭素ドープ二酸化ケイ素ＳＯＧ層は、６８～７２パーセントの炭素～９０～９５パーセントの炭素の範囲の炭素ドーピングレベルを含み、低、中又は高温を使用して熱処理した。対照材料は、炭素を本質的に含まなかった。
Figure 2022553346000012
表６に記載されているデータから容易に明らかであるように、組成物７Ｂは、広範な高炭素ドープ酸化ケイ素フィルムにわたって有意に改良された除去速度を示した。除去速度の改良は、フィルムのタイプに応じて約１５パーセント～約２９０パーセントの範囲であった。また、組成物７Ｂは、組成物７Ａにおいて使用したブタンジオールビニルアルコールコポリマーを使用することなく改良された速度を有利に達成した。
実施例８
３つの研磨組成物を試験して、ＴＥＯＳ除去速度に対する、立方体状セリア研磨剤粒子中のランタンドーピングレベルの影響を評価した。組成物８Ａは、０．２８重量パーセントの対照セリア（湿式プロセスセリア、Ｒｈｏｄｉａから市販されているＨＣ６０（商標））を含んだ。組成物８Ｂは、２．５モルパーセントの酸化ランタンを含む０．２８重量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含み、実施例１において上記に記載されている原料セリア分散液を３４部の水によって１部の原料セリア分散液に希釈することによって調製した。組成物８Ｃは、１０モルパーセントの酸化ランタンを含む０．２８重量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含み、以下の段落に記載されているセリア分散液を３４部の水によって１部のセリア分散液に希釈することによって調製した。組成物８Ａ～８Ｃは、それぞれ、４のｐＨを有した。
酸化セリウム分散液を以下のように調製した。硝酸セリウム溶液を、１１．５ｋｇの３Ｍの硝酸セリウム（３価）（ＩＩＩ）溶液、１．３ｋｇの３Ｍの硝酸ランタン溶液、１．８６ｋｇの６８％の硝酸（ＨＮＯ3）溶液、０．５ｋｇの脱イオン水及び０．００００１２５（１／８０，２３５）に等しいセリウム（ＩＶ）対セリウム（合計）のモル比での硝酸セリウム（ＩＶ）を合わせることによって調製した。硝酸セリウム溶液を、次いで、２０Ｌ容器において、撹拌及び窒素バブリング下で脱気した。
アンモニア水溶液を、（硝酸セリウム溶液中のセリウム及びランタンの合計に対するアンモニア水溶液中のＮＨ4ＯＨのモル比が１０であるように）７０ｋｇの脱イオン水及び１４ｋｇの２５％の水性アンモニアの溶液を合わせることによって調製した。アンモニア水溶液を、次いで、１００Ｌ容器のジャケット付反応器において撹拌及び窒素バブリング下で脱気した。
硝酸セリウム溶液を、次いで、窒素パージ下、同じ撹拌により、アンモニア水溶液に周囲温度で添加した。反応混合物の温度を次いで８８℃まで増加させ、当該温度で１３．５時間保持した。反応混合物を次いで放置冷却し、冷却下、６８％の硝酸を添加することによってｐＨ２に酸性化した。
反応混合物を次いで濾過し、脱イオン水で洗浄した。洗浄溶液の伝導度が０．０４ｍＳ／ｃｍ未満であるとき、洗浄を繰り返した。脱イオン水を添加して、最終的な立方体状セリア研磨剤濃度を１０重量パーセントに調整した。立方体状セリア研磨剤粒子は、１０モルパーセントの酸化ランタン及び９０モルパーセントの酸化セリウムを含んだ。
ＢＥＴ比表面積を窒素吸着によって求めたところ、１ｇあたり８．６ｍ2であった。Ｍａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒによって測定した平均粒度は、１４２ｎｍであった。
ブランケットＴＥＯＳウェハを上記で列挙されている条件でＭｉｒｒａ（登録商標）ツールにおいて６０秒間研磨した。研磨結果を表７に示す。全ての除去速度（ＲＲ）を１分あたりのオングストローム（Å（０．１ｎｍ）／分）で列挙する。
Figure 2022553346000013
表７に記載されているデータから容易に明らかであるように、組成物８Ｂ及び８Ｃは、組成物８Ａの除去速度の１．６ｘを超える同等のＴＥＯＳ除去速度を示した。
本発明を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲内の文脈における）用語「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」並びに同様の指示対象の使用は、本明細書において示されない限り又は文脈によって明確に矛盾しない限り、単数及び複数の両方をカバーすると解釈されるべきである。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」は、別途記述されていない限り、オープンエンドな用語（すなわち、「含むが限定されない」を意味する）と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途示されない限り、単に、当該範囲内にあるそれぞれ別個の値を個々に指す簡便な方法の役割をすることが意図されており、それぞれ別個の値は、あたかも本明細書において個々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ている全ての方法が、本明細書において別途示されない限り又は他の場合には文脈によって明確に矛盾しない限り、いずれの好適な順序で実施されてもよい。本明細書において提供されるありとあらゆる例又は例示的な語（例えば、「例えば（ｓｕｃｈ ａｓ））の使用は、別途明確に特許請求されない限り、単に、本発明をより解明することが意図されており、本発明の範囲内の限定を提示するものではない。本明細書におけるいずれの語も、任意の特許請求されていない要素を本発明の実用に必須であることを示唆するとして解釈されるべきではない。
本発明の好ましい実施形態は、本発明を実施するために本発明者らに知られている最も良好な形態を含めて、本明細書に記載されている。これらの好ましい実施形態の変形は、上記の詳細な説明を読んだ際に当業者に明らかになり得る。本発明者らは、当業者が、かかる変形を適切なものとして用いることを期待しており、また、本発明者らは、本明細書に具体的に記載されているもの以外の実用される本発明も意図している。したがって、本発明は、ここに添付されている特許請求の範囲に記載されている主題の全ての修飾物及び等価物を、適用法によって許容されるとして含む。また、全ての可能な変形における上記の要素のいずれの組み合わせも、本明細書において別途示されない限り又は他の場合には文脈によって明確に矛盾しない限り、本発明に包含される。
本開示は、実施例において上記で含まれているものを超える多くの実施形態を含むことが理解されよう。これらの実施形態は、添付されている特許請求の範囲に記載されている実施形態を含むが、これらに限定されない。

Claims (25)

  1. 液体担体；
    前記液体担体に分散されている立方体状セリア研磨剤粒子；及び
    有機二酸
    を含む、化学機械研磨組成物。
  2. 前記立方体状セリア研磨剤粒子が、酸化セリウム及び酸化ランタンの混合物を含む、請求項１に記載の組成物。
  3. 前記立方体状セリア研磨剤粒子が、約１～約１５パーセントの範囲内の、ランタン対ランタン＋セリウムのモル比を有する、請求項１に記載の組成物。
  4. 前記立方体状セリア研磨剤粒子が、約３ｍ2／ｇ～約１４ｍ2／ｇの範囲内のＢＥＴ表面積を有する、請求項１に記載の組成物。
  5. 前記立方体状セリア研磨剤粒子が、約５０～約５００ｎｍの平均粒度を有する、請求項１に記載の組成物。
  6. 使用時点で約０．０１～約１重量パーセントの前記立方体状セリア研磨剤粒子を含む、請求項１に記載の組成物。
  7. 前記二酸が、直鎖状飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、置換ジカルボン酸、又は芳香族ジカルボン酸である、請求項１に記載の組成物。
  8. 前記二酸が、直鎖状飽和ジカルボン酸を含む、請求項７に記載の組成物。
  9. 前記二酸が、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の組成物。
  10. 前記二酸が、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又はこれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の組成物。
  11. 前記二酸が、スベリン酸である、請求項８に記載の組成物。
  12. 前記二酸が、ポリエチレングリコール二酸を含む、請求項１に記載の組成物。
  13. 前記ポリエチレングリコール二酸が、約１００～約１２００ｇ／ｍｏｌの範囲内の分子量を有する、請求項１２に記載の組成物。
  14. 約３～約５の範囲内のｐＨを有する、請求項１に記載の組成物。
  15. 使用時点で、少なくとも１ｍＭの前記有機二酸を含む、請求項１に記載の組成物。
  16. 使用時点で約０．０１～約１重量パーセントの前記立方体状セリア研磨剤粒子を含み：
    前記立方体状セリア研磨剤粒子が、酸化セリウム及び酸化ランタンの混合物を含み、約５０～約５００ｎｍの平均粒度を有し；
    前記有機二酸が、スベリン酸、ポリエチレングリコール二酸、又はこれらの混合物であり；
    約３～約５の範囲内のｐＨを有する
    請求項１に記載の組成物。
  17. 前記有機二酸が、ポリエチレングリコール二酸であり；
    ピコリン酸をさらに含む、請求項１６に記載の組成物。
  18. クロトン酸をさらに含む、請求項１７に記載の組成物。
  19. カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、正味中性の界面活性剤、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、非イオン性ポリマー、及び殺生物剤のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の組成物。
  20. 酸化ケイ素誘電体材料を含む基材を化学機械研磨する方法であって：
    （ａ）（ｉ）液体担体；（ｉｉ）前記液体担体に分散されている立方体状セリア研磨剤粒子；及び（ｉｉｉ）有機二酸を含む研磨組成物を提供すること；
    （ｂ）前記基材を前記提供された研磨組成物と接触させること；
    （ｃ）前記研磨組成物を前記基材に対して移動させること；並びに
    （ｄ）前記基材を摩耗させて前記酸化ケイ素誘電体材料の一部を前記基材から除去することにより、前記基材を研磨すること
    を含む、前記方法。
  21. 前記基材が、ポリシリコン材料をさらに含み；
    前記酸化ケイ素材料対前記ポリシリコン材料の除去速度選択性が、約５０：１を超える
    請求項２０に記載の方法。
  22. 前記酸化ケイ素誘電体材料が、炭素ドープ酸化ケイ素材料であり；
    前記炭素ドープ酸化ケイ素材料の除去速度が、約１０００Å／分を超える
    請求項２０に記載の方法。
  23. 前記炭素ドープ酸化ケイ素材料が、５０モルパーセントを超える炭素を含む、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記二酸が、ポリエチレングリコール二酸を含む、請求項２０に記載の方法。
  25. 前記研磨組成物が、ピコリン酸及びクロトン酸のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
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