JP4805826B2

JP4805826B2 - 化学的機械的研磨組成物およびその使用方法

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Publication number: JP4805826B2
Application number: JP2006526345A
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Inventors: ジェイ．シュレーダー，デイビッド; ジェイ．モーゲンボーグ，ケビン
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
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Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2011-11-02
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Description

本発明は、研磨組成物およびそれを用いて基板を研磨する方法に関する。

集積回路は、シリコンウェハなどの基板中またはその上に形成された多数の能動素子からできている。能動素子は化学的および物理的に基板中で接続しており、多層配線により相互接続して機能回路を形成する。典型的な多層配線は、第１の金属層、層間絶縁層、場合によっては第３の金属層およびそれに続く金属層を含んでなる。ドープされた二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）およびドープされていない二酸化ケイ素および／または低ｋ絶縁膜などの層間絶縁膜が利用されて、異なる金属層を電気的に絶縁する。

異なる内部配線レベル間の電気接続は、メタルビアの利用によりなされる。例えば、米国特許第５７４１６２６号明細書は、ＴａＮ絶縁層の作製方法を記載している。さらに、米国特許第４７８９６４８号明細書は、複数のメタライズ層および絶縁膜中のメタライズビアを作製する方法を記載している。同様に、メタルコンタクトを利用して、内部配線レベルとウェル中に形成される素子の間に電気接続が形成される。メタルビアおよび接続は、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）およびそれらの組み合わせなどの種々の金属および合金（本願において「ビアメタル」と称する）により満たすことができる。

ビアメタルは一般的に、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）または窒化タングステン（ＷＮ）バリア膜などの接着層（すなわちバリア膜）を利用して、ビアメタルをＳｉＯ₂基板に接着させる。接続レベルにおいて、バリア膜は拡散バリアとして作用し、ビアメタルがＳｉＯ₂と反応するのを防止する。

半導体製造プロセスにおいて、メタルビアおよび／または接続は、ブランケット金属堆積（ｂｌａｎｋｅｔｍｅｔａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）およびそれに続く化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程により形成される。典型的なプロセスでは、ビアホールは層間絶縁膜（ＩＬＤ）を通り内部配線または半導体基板までエッチングされる。次に、バリア膜をＩＬＤ上に形成し、かつエッチングされたビアホール内に導き入れる。次に、ビアメタルをバリア膜上およびビアホール中へブランケット堆積する。堆積は、ビアホールがブランケット堆積された金属で満たされるまで継続される。最後に、過剰な金属を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により除去してメタルビアが形成される。ビアの製造および／またはＣＭＰの方法は、米国特許第４６７１８５１号明細書、第４９１０１５５号明細書および第４９４４８３６号明細書に開示されている。

典型的な金属ＣＭＰ系は、酸化性の水性媒体に懸濁しているシリカまたはアルミナなどの研磨剤を含む。例えば、米国特許第５２４４５３４号明細書は、アルミナ、過酸化水素および水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムのいずれかを含み、下にある絶縁層をほとんど除去せずにタングステンを除去するのに有用な系を開示している。米国特許第５２０９８１６号明細書は、水性媒体中に過塩素酸、過酸化水素および固形研磨剤を含んでなる、アルミニウムの研磨に有用な系を開示している。米国特許第５３４０３７０号明細書は、フェリシアン化カリウム、酢酸カリウム、酢酸およびシリカを含んでなるタングステン研磨系を開示している。米国特許第５３９１２５８号明細書および米国特許第５４７６６０６号明細書は、水性媒体、研磨粒子およびシリカ除去の速度を制御するアニオンを含む、金属とシリカの複合体を研磨する系を開示している。米国特許第５７７００９５号明細書は、酸化剤、化学薬剤ならびにアミノ酢酸およびアミド硫酸から選択されるエッチング剤を含んでなる研磨系を開示している。ＣＭＰ用途に使用される他の研磨系は、米国特許第４９５６３１３号明細書、第５１３７５４４号明細書、第５１５７８７６号明細書、第５３５４４９０号明細書および第５５２７４２３号明細書に記載されている。

チタン、窒化チタンおよびタングステンなどの類似金属のバリア膜は一般的に化学的活性がある。したがって、そのようなバリア膜は化学的性質においてビアメタルと類似している。その結果、単一の系を効果的に利用してＴｉ／ＴｉＮバリア膜とビアメタルの両方を似た速度で研磨することができる。しかし、ＴａおよびＴａＮバリア膜は、Ｔｉ、ＴｉＮおよび類似のバリア膜とは著しく異なる。ＴａおよびＴａＮは、ＴｉおよびＴｉＮに比べて化学的性質が比較的不活性である。したがって、上記の系は、チタン層を研磨するのに比べ、タンタル層を研磨する効果が大幅に低い（例えば、タンタル除去速度はチタン除去速度より大幅に低い）。ビアメタルおよびバリア金属は、それらの除去速度が同様に高いため単一の系で従来研磨されてきたが、従来の研磨系を用いてビアメタルならびにタンタルおよび類似物質をともに研磨すると、酸化物エロージョンおよびビアメタルディッシングなどの望ましくない効果が生じる。

したがって、第１金属層および第２層を含んでなる基板を、第１金属層の平坦化効率、均一性および除去速度が最大となり第２層の平坦化が最小となり、それにより第１金属層のディッシング、表面不完全度および下の構造への損傷などの望ましくない効果を最小とするように研磨する系、組成物および／または方法が必要とされている。本発明は、そのような系、組成物および方法を提供する。本発明のこれらの特性および他の特性ならびに利点は、ここに提示する本発明の記載より明らかであろう。

本発明は、（ａ）ヒュームドシリカ粒子、（ｂ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｃ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤および（ｄ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する。

本発明は、（ａ）ヒュームドシリカ粒子、（ｂ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属および（ｃ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物も提供する。

本発明は、（ａ）コロイダルシリカ粒子を含むシリカ粒子、（ｂ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｃ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤および（ｄ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する。

本発明は、（ａ）コロイダルシリカ粒子を含むシリカ粒子、（ｂ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属および（ｃ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物も提供する。

本発明は基板を研磨する方法であって、（ａ）基板を提供する工程、（ｂ）（ｉ）ヒュームドシリカまたはコロイダルシリカなどのシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、バリウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｉｉｉ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤および（ｉｖ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する工程、（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程および（ｄ）前記研磨組成物により基板の少なくとも一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる方法をさらに提供する。

本発明は基板を研磨する方法であって、（ａ）基板を提供する工程、（ｂ）（ｉ）ヒュームドシリカまたはコロイダルシリカなどのシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属および（ｉｉｉ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する工程、（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程および（ｄ）前記研磨組成物により基板の少なくとも一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる方法をさらに提供する。

上述のとおり、研磨組成物はヒュームドシリカ粒子を含んでなる。ここで使用する「ヒュームドシリカ粒子」という用語は、シリカ前駆体（例えばＳｉＣｌ₄）の気相加水分解などの加熱プロセスにより製造されるシリカ粒子を意味する。シリカ粒子は、典型的には、より小さい一次粒子の集合体であり、比較的強い凝集力で一体となっている。集合体シリカ粒子は、比較的弱い凝集力で一体化した、より大きな凝集体を形成することもある。

研磨組成物はどのような好適な量のヒュームドシリカを含んでもよい。典型的には、ヒュームドシリカ粒子は、研磨組成物の全重量に対し、約０．１ｗｔ％以上の量で研磨組成物中に存在する。ヒュームドシリカ粒子は、典型的には、研磨組成物の全重量に対し、約２０ｗｔ％以下（例えば約０．１から約２０ｗｔ％）の量で研磨組成物中に存在する。好ましくは、ヒュームドシリカ粒子は、研磨組成物の全重量に対し、約１から約１０ｗｔ％の量で、より好ましくは約２から約８ｗｔ％の量で研磨組成物中に存在する。

上述のとおり、研磨組成物はヒュームドシリカ粒子を含んでなる。本願で使用するとおり、「コロイダルシリカ粒子」という用語は、典型的にはＳｉ（ＯＨ）₄の縮合により調製される、コロイド状に分散している縮重合シリカを意味する。

研磨組成物はどのような好適な量のコロイダルシリカを含んでもよい。典型的には、コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物の全重量に対し、約０．１ｗｔ％以上の量で研磨組成物中に存在する。コロイダルシリカ粒子は、典型的には、研磨組成物の全重量に対し、約２０ｗｔ％以下（例えば約０．１から約２０ｗｔ％）の量で研磨組成物中に存在する。好ましくは、コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物の全重量に対し、約１から約１０ｗｔ％の量で、より好ましくは約２から約８ｗｔ％の量で研磨組成物中に存在する。

研磨組成物は、ヒュームドシリカ粒子に加え、他の好適な研磨剤をさらに含んでもよい。好適な追加の研磨剤には、アルミナ（例えば、α−アルミナ、γ−アルミナ、δ−アルミナおよびヒュームドアルミナ）、シリカ（例えばコロイド状に分散している縮重合シリカおよび沈殿シリカ）、セリア、チタニア、ジルコニア、クロミア、酸化鉄、ゲルマニア、マグネシア、それらの同時生成物質およびそれらの組み合わせなどの金属酸化物研磨剤があるがこれらに限定されない。典型的には、研磨組成物に存在する研磨剤の全量（ヒュームドシリカ粒子を含む）は、研磨組成物の全重量に対し、約２５ｗｔ％を超えず、好ましくは約２０ｗｔ％を超えない。

上述のとおり、研磨組成物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属を含むことができる。他の実施形態において、研磨組成物は、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属を含むことができる。研磨組成物に含まれるアルカリ土類金属は、どのような好適な源から得てもよい。好ましくは、研磨組成物に含まれるアルカリ土類金属は、少なくとも１種の水溶性アルカリ土類金属塩から得られる。

アルカリ土類金属は、研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の量で研磨組成物中に存在する。一般的に、アルカリ土類金属は、研磨組成物の全重量に対し、約５×１０^-3ミリモル／ｋｇ以上の量で、好ましくは約７×１０^-3ミリモル／ｋｇ以上の量で、より好ましくは約８×１０^-3ミリモル／ｋｇ以上の量で、最も好ましくは約１×１０^-2ミリモル／ｋｇ以上の量で、研磨組成物に存在する。好ましくは、アルカリ土類金属は、研磨組成物の全重量に対し、約５×１０^-3から約７．５ミリモル／ｋｇ、より好ましくは約５×１０^-3から約５ミリモル／ｋｇ、さらにより好ましくは約５×１０^-3から約３ミリモル／ｋｇ、最も好ましくは約５×１０^-3から約２．５ミリモル／ｋｇの量で研磨組成物中に存在する。アルカリ土類金属がカルシウムを含んでなる場合など特定の実施形態において、アルカリ土類金属は、研磨組成物の全重量に対し、約５×１０^-3から約７．５ミリモル／ｋｇ、好ましくは約７．５×１０^-3から約５ミリモル／ｋｇ、より好ましくは約１×１０^-2から約３ミリモル／ｋｇ、最も好ましくは約２．５×１０^-2から約２．５ミリモル／ｋｇの量で研磨組成物中に存在することができる。アルカリ土類金属がストロンチウムを含んでなる場合、アルカリ土類金属は、研磨組成物の全重量に対し、約５×１０^-3から約６ミリモル／ｋｇ、好ましくは約５×１０^-3から約４ミリモル／ｋｇ、より好ましくは約７．５×１０^-3から約２ミリモル／ｋｇ、最も好ましくは約１×１０^-2から約１．５ミリモル／ｋｇの量で研磨組成物中に存在することができる。アルカリ土類金属がバリウムを含んでなる場合、アルカリ土類金属は、研磨組成物の全重量に対し、約５×１０^-3から約５ミリモル／ｋｇ、好ましくは約５×１０^-3から約２ミリモル／ｋｇ、より好ましくは約６×１０^-3から約１ミリモル／ｋｇ、最も好ましくは約７×１０^-3から約０．７５ミリモル／ｋｇの量で研磨組成物中に存在することができる。

特定の実施形態において、研磨組成物は酸化剤を含んでなる。好適な酸化剤には、無機および有機の過化合物、臭素酸塩、硝酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、鉄および銅の塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、ＥＤＴＡおよびクエン酸塩）、希土類および遷移金属酸化物（例えば、四酸化オスミウム）、フェリシアン化カリウム、重クロム酸カリウム、ヨウ素酸などがあるが、これらに限定されない。過化合物（Ｈａｗｌｅｙ’ｓＣｏｎｄｅｎｓｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＤｉｃｔｉｏｎａｒｙにより定義される）は、少なくとも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を含む化合物または最高の酸化状態にある元素を含む化合物である。少なくとも１つのペルオキシ基を含む化合物の例には、過酸化水素および尿素過酸化水素などの付加物ならびに過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸およびジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、モノ過硫酸塩（ＳＯ₅ ^2-）、ジ過硫酸塩（Ｓ₂Ｏ₈ ^2-）および過酸化ナトリウムなどの有機過酸化物があるが、これらに限定されない。最高の酸化状態にある元素を含む化合物の例には、過ヨウ素酸、過ホウ酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過ホウ素酸、過ホウ素酸塩および過マンガン酸塩があるがこれらに限定されない。酸化剤は、好ましくは過酸化水素である。

研磨組成物は、どのような好適な量の酸化剤を含んでもよい。好ましくは、存在する場合、酸化剤は、研磨組成物の全重量に対し、約０．１ｗｔ％の量で、より好ましくは約０．５ｗｔ％以上の量で、最も好ましくは約１ｗｔ％以上の量で研磨組成物中に存在する。酸化剤は、存在する場合、研磨組成物の全重量に対し、好ましくは約３０ｗｔ％以下の量で、より好ましくは約２０ｗｔ％以下の量で、さらにより好ましくは約１５ｗｔ％以下（例えば約０．１から約１５ｗｔ％）の量で、さらにより好ましくは約８ｗｔ％以下（例えば、約０．５から約８ｗｔ％）の量で、最も好ましくは約５ｗｔ％以下（例えば、約１から約５ｗｔ％）の量で研磨組成物に存在する。

液体キャリアは、ヒュームドシリカまたはコロイダルシリカ粒子、アルカリ土類金属および他の添加剤の、研磨または平坦化すべき好適な基板の表面への塗布を容易にするために利用される。液体キャリアはどのような好適な液体キャリアでもよい。上述のとおり、液体キャリアは水を含んでなる。好ましくは、水は脱イオン水である。液体キャリアは、好適な水混和性溶媒をさらに含んでよい。しかし、ある好ましい実施形態において、液体キャリアは、本質的に水から、または水からなり、より好ましくは脱イオン水からなる。

研磨組成物は約７から約１３のｐＨを有する。好ましくは、研磨組成物は約８から約１２のｐＨを有し、より好ましくは約８から約１１である。化学的機械的研磨系のｐＨは、どのような好適な手段により得ても、かつ／または維持してもよい。より具体的には、研磨組成物は、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤またはそれらの組み合わせをさらに含んでもよい。ｐＨ調整剤は、どのような好適なｐＨ調整化合物でもよい。例えば、ｐＨ調整剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウムまたはそれらの組み合わせでもよい。ｐＨ緩衝剤はどのような好適な緩衝剤でもよく、例えば、リン酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などがある。化学的機械的研磨系は、どのような好適な量のｐＨ調整剤および／またはｐＨ緩衝剤を含んでもよいが、そのような量が研磨系のｐＨをここに記載する範囲とし、かつ／または維持するのに十分であるという条件がある。

研磨組成物はさらに酸を含むこともできる。酸は、無機酸または有機酸あるいはそれらの組み合わせなど、どのような好適な酸でもよい。例えば、研磨組成物は、硝酸、リン酸、硫酸、それらの塩およびそれらの組み合わせからなる群から選択される無機酸を含んでよい。研磨組成物は、シュウ酸、リンゴ酸、マロン酸、酒石酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸、フタル酸、安息香酸、クエン酸、コハク酸、それらの塩およびそれらの組み合わせからなる群から選択される有機酸を（別にまたは無機酸に加えて）含んでよい。存在する場合、酸（複数可）は、どのような好適な量（複数可）で研磨組成物中に存在してもよい。

研磨組成物は腐食防止剤（すなわち被膜形成剤）を含むこともできる。腐食防止剤は、どのような好適な腐食防止剤でもよい。典型的には、腐食防止剤は、ヘテロ原子含有官能基を含む有機化合物である。例えば、腐食防止剤は、活性官能基として少なくとも１つの五員または六員複素環を含む複素環有機化合物でよく、前記複素環は少なくとも１つの窒素原子を含み、例えばアゾール化合物である。好ましくは、腐食防止剤は、少なくとも１つのアゾール基を含む。より好ましくは、腐食防止剤は、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾールおよびそれらの混合物からなる群から選択される。研磨系に使用される腐食防止剤の量は、典型的には、研磨組成物の全重量に対し、約０．０００１ｗｔ％から約３ｗｔ％（好ましくは約０．００１ｗｔ％から約２ｗｔ％）である。

研磨組成物は、任意にキレート剤または錯化剤をさらに含んでなる。錯化剤は、除去される基板層の除去速度を高める、好適な化学添加剤である。好適なキレート剤または錯化剤には、例えば、カルボニル化合物（例えばアセチルアセトナートなど）、単純なカルボン酸塩（例えば、酢酸塩、アリールカルボキシレートなど）、１つまたは複数のヒドロキシル基を含むカルボン酸塩（例えば、グリコール酸塩、乳酸塩、グルコン酸塩、没食子酸およびそれらの塩など）、ジ、トリおよびポリカルボン酸塩（例えば、シュウ酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩、エデト酸塩（例えば、ＥＤＴＡ二カリウム）、これらの混合物など）、１つまたは複数のスルホン基および／またはホスホン基を含むカルボン酸塩などがある。好適なキレート剤または錯化剤には、例えば、ジ、トリまたはポリアルコール（例えば、エチレングリコール、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸など）およびアミン含有化合物（例えば、アンモニア、アミノ酸、アミノアルコール、ジ、トリおよびポリアミンなど）もある。キレート剤または錯化剤の選択は、除去される基板の種類によるであろう。

上述の化合物の多くが、塩（例えば、金属塩、アンモニウム塩など）、酸の形態で、または部分塩として存在できることが理解されよう。例えば、クエン酸塩には、クエン酸ならびにそのモノ、ジおよびトリ塩が含まれ、フタル酸塩には、フタル酸ならびにモノ塩（例えばフタル酸水素カリウム）およびそのジ塩が含まれる。過塩素酸塩には対応する酸（すなわち過塩素酸）ならびにその塩が含まれる。さらに、ある化合物または薬剤が２つ以上の機能を発揮することがある。例えば、ある化合物は、キレート剤と酸化剤の両方として作用できる（例えば、特定の硝酸鉄など）。

研磨組成物は界面活性剤をさらに含むことができる。好適な界面活性剤には、例えば、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、それらの混合物などがある。好ましくは、研磨組成物は非イオン界面活性剤を含んでなる。好適な非イオン界面活性剤の一例は、エチレンジアミンポリオキシエチレン界面活性剤である。界面活性剤の量は、典型的には、研磨組成物の全重量に対し、約０．０００１ｗｔ％から約１ｗｔ％（好ましくは、約０．００１ｗｔ％から約０．１ｗｔ％であり、より好ましくは約０．００５ｗｔ％から約０．０５ｗｔ％）である。

研磨組成物は消泡剤をさらに含むことができる。消泡剤は、どのような好適な消泡剤でもよい。好適な消泡剤には、ケイ素系およびアセチレンジオール系消泡剤があるが、これらに限定されない。研磨組成物に存在する消泡剤の量は、典型的には、約１０ｐｐｍから約１４０ｐｐｍである。

研磨組成物は殺生物剤を含んでもよい。殺生物剤は、どのような好適な殺生物剤でもよく、例えばイソチアゾリノン殺生物剤がある。研磨組成物に使用される殺生物剤の量は、典型的には約１から約５０ｐｐｍであり、好ましくは約１０から約２０ｐｐｍである。

研磨組成物は、好ましくはコロイド状に安定である。コロイドという用語は、液体キャリア中のヒュームド粒子の懸濁を意味する。コロイド状に安定とは、経時的にその懸濁の維持を意味する。研磨組成物を１００ｍｌの目盛り付きシリンダーに入れ、攪拌せずに２時間放置し、目盛り付きシリンダーの底部５０ｍｌの粒子濃度（ｇ／ｍｌ単位で［Ｂ］）と目盛り付きシリンダーの上部５０ｍｌの粒子濃度（ｇ／ｍｌ単位で［Ｔ］）の差を研磨組成物中の初期の粒子濃度（ｇ／ｍｌ単位で［Ｃ］）で割った値が０．５以下である場合（すなわち｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）である場合、研磨組成物はコロイド状に安定であると考えられる。好ましくは、［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は０．３以下であり、より好ましくは０．１以下であり、さらにより好ましくは０．０５以下であり、最も好ましくは０．０１以下である。

研磨組成物の平均粒径は、研磨組成物の有用な寿命の間基本的に変化しないことが好ましい。特に、研磨組成物の平均粒径の増加は、研磨組成物の有用な寿命の間（例えば、約９０日以上、約１８０日以上または約３６５日以上）、約４０％未満（例えば、約３５％未満、約３０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１５％未満または約１０％未満）であることが好ましい。

他の実施形態において、本発明は、（ａ）ヒュームドシリカ粒子、（ｂ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、および（ｃ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する。本発明の化学的機械的研磨組成物のこの実施形態の他の特徴（例えば、ヒュームドシリカ粒子の量、アルカリ土類金属の量、液体キャリア、ｐＨおよび他の好適な添加剤）は、本発明の化学的機械的研磨組成物の第１の実施形態に対して上記で述べたのと同じでよい。

本発明は、本願に記載の研磨組成物で基板を研磨する方法をさらに提供する。この方法は、一般的に、（ｉ）基板を提供する工程、（ｉｉ）ここに記載される研磨組成物を提供する工程、（ｉｉｉ）前記研磨組成物を、基板の一部分に塗布する工程、および（ｉｖ）基板の一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる。

別の実施形態において、本発明は、（ａ）コロイダルシリカ粒子、（ｂ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、および（ｃ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する。本発明の化学的機械的研磨組成物のこの実施形態の他の特徴（例えば、シリカ粒子の量、アルカリ土類金属の量、液体キャリア、ｐＨおよび他の好適な添加剤）は、本発明の化学的機械的研磨組成物の第１の実施形態に対して上記で述べたのと同じでよい。

本発明は、本願に記載の研磨組成物で基板を研磨する方法をさらに提供する。前記方法は、一般的に、（ｉ）基板を提供する工程、（ｉｉ）ここに記載される研磨組成物を提供する工程、（ｉｉｉ）前記研磨組成物を、基板の一部分に塗布する工程、および（ｉｖ）基板の一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる。

一つの実施形態において、基板を研磨する方法は、（ａ）基板を提供する工程、（ｂ）（ｉ）ヒュームドシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、バリウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｉｉｉ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤、および（ｉｖ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する工程、（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程、および（ｄ）前記研磨組成物により基板の少なくとも一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる。

本発明のこの方法の実施形態に利用される研磨組成物は、（ｉ）ヒュームドシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、バリウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｉｉｉ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤、および（ｉｖ）液体キャリアを含んでなり、約７から約１３のｐＨを有する。本発明のこの方法の実施形態に利用される化学的機械的研磨組成物の他の特徴（例えば、ヒュームドシリカ粒子の量、アルカリ土類金属の量、酸化剤の量、液体キャリア、ｐＨおよび他の好適な添加剤）は、本発明の化学的機械的研磨組成物に対して上記で述べたのと同じでよい。

一つの実施形態において、基板を研磨する方法は、（ａ）基板を提供する工程、（ｂ）（ｉ）コロイダルシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、バリウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｉｉｉ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤および（ｉｖ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する工程、（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程、および（ｄ）前記研磨組成物により基板の少なくとも一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる。

本発明のこの方法の実施形態に利用される研磨組成物は、（ｉ）コロイダルシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、バリウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、（ｉｉｉ）約０．１から約１５ｗｔ％の酸化剤、および（ｉｖ）液体キャリアを含んでなり、約７から約１３のｐＨを有する。本発明のこの方法の実施形態に利用される化学的機械的研磨組成物の他の特徴（例えば、シリカ粒子の量、アルカリ土類金属の量、酸化剤の量、液体キャリア、ｐＨおよび他の好適な添加剤）は、本発明の化学的機械的研磨組成物に対して上記で述べたのと同じでよい。

他の実施形態において、基板を研磨する方法は、（ａ）基板を提供する工程、（ｂ）（ｉ）ヒュームドシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属および（ｉｉｉ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する工程、（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程、および（ｄ）前記研磨組成物により基板の少なくとも一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる。

本発明のこの他の方法の実施形態に利用される研磨組成物は、（ｉ）ヒュームドシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属および（ｉｉｉ）液体キャリアを含んでなり、約７から約１３のｐＨを有する。本発明のこの方法の実施形態に利用される化学的機械的研磨組成物の他の特徴（例えば、ヒュームドシリカ粒子の量、アルカリ土類金属の量、液体キャリア、ｐＨおよび他の好適な添加剤）は、本発明の化学的機械的研磨組成物に対して上記で述べたのと同じでよい。

他の実施形態において、基板を研磨する方法は、（ａ）基板を提供する工程、（ｂ）（ｉ）コロイダルシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、および（ｉｉｉ）水を含んでなる液体キャリアを含んでなる化学的機械的研磨組成物であって、約７から約１３のｐＨを有する研磨組成物を提供する工程、（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程、および（ｄ）前記研磨組成物により基板の少なくとも一部分を摩滅させ、基板を研磨する工程を含んでなる。

本発明のこの他の方法の実施形態に利用される研磨組成物は、（ｉ）コロイダルシリカ粒子、（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約５×１０^-3から約１０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）の、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、および（ｉｉｉ）液体キャリアを含んでなり、約７から約１３のｐＨを有する。本発明のこの方法の実施形態に利用される化学的機械的研磨組成物の他の特徴（例えば、コロイダルシリカ粒子の量、アルカリ土類金属の量、液体キャリア、ｐＨおよび他の好適な添加剤）は、本発明の化学的機械的研磨組成物に対して上記で述べたのと同じでよい。

本発明の方法を利用して研磨すべき基板は、どのような好適な基板でもよい。好適な基板には、集積回路、メモリーディスクまたはハードディスク、金属、層間絶縁（ＩＬＤ）素子、半導体、マイクロエレクトロメカニカルシステム、強誘電体および磁気ヘッドがあるが、これらに限定されない。金属層は、どのような好適な金属を含んでもよい。例えば、金属層は、銅、タンタル（例えば窒化タンタル）、チタン、アルミニウム、ニッケル、白金、ルテニウム、イリジウムまたはロジウムを含んでよい。基板は少なくとも１つの絶縁層をさらに含んでよい。絶縁層は、金属酸化物、多孔質金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ化有機ポリマーまたは他のどのような好適な高ｋまたは低ｋ絶縁層でもよい。好ましくは、基板はタンタルまたは窒化タンタルを含んでなり、タンタルまたは窒化タンタルの少なくとも一部分が研磨組成物により摩滅され、基板を研磨する。

本発明の研磨方法は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置と組み合わせた使用に特に適している。典型的には、前記装置は、使用時に動き軌道、直線または環状の動きに起因する速度を有するプラテン、プラテンと接触し運転中にプラテンとともに動く研磨パッドおよび研磨パッドの表面に接触しそれに対して動くことにより研磨すべき基板を保持するキャリアを含んでなる。基板の研磨は、研磨パッドと接触するように配置された基板および本発明の研磨組成物により行い、このとき、基板の少なくとも一部分を摩滅させて基板を研磨するように、研磨パッドが基板に対して動く。

望ましくは、ＣＭＰ装置は、インサイチュー研磨エンドポイント検出システムをさらに含み、その多くは当業界で公知である。基板の表面から反射する光または他の放射の分析により研磨プロセスを調査および監視する技術が当業界に公知である。望ましくは、研磨される基板に対して研磨プロセスの進行を調査および監視すると、研磨エンドポイントの決定、すなわち特定の基板に対して研磨プロセスを停止する時期の決定が可能になる。

ＣＭＰ装置は基板を酸化する手段をさらに含んでよい。電気化学的研磨系では、基板を酸化する手段は、基板に時間変動電位（例えばアノード電位）を印加する装置（例えばエレクトロニックポテンショスタット）を含んでなることが好ましい。基板に時間変動電位を印加する装置は、好適なものであればそのような装置のいずれでもよい。基板を酸化する手段は、研磨の初期の段階の間第１電位（例えば、酸化性の高い電位）を印加し、研磨の後の段階で、またはその間に第２電位（例えば、酸化性の低い電位）を印加する装置または研磨の中間段階の間に第１電位を第２電位へと変化させる装置、例えば中間段階の間に電位を連続的に低下させる装置または第１のより高い酸化電位での所定の間隔の後に第１のより高い酸化電位から第２のより低い酸化電位へと急速に電位を低下させる装置を含んでなることが好ましい。例えば、研磨の初期の段階（複数可）の間、比較的高い酸化電位を基板に印加して、比較的高速の基板の酸化／溶解／除去を促進させる。研磨がもっと後の段階にある時、例えば下にあるバリア層に近づいている時に、基板の酸化／溶解／除去の速度を著しく低くまたは無視できるレベルに印加電位を低下させ、それによりディッシング、コロージョンおよびエロージョンをなくすまたは大幅に低減する。制御可能な可変ＤＣ電源、例えばエレクトロニックポテンショスタットを利用して、時間変動電気化学電位を印加することが好ましい。米国特許第６３７９２２３号明細書は、電位印加による基板酸化の手段をさらに記載している。

以下の実施例は本発明をさらに説明するが、もちろんどのような意味でもその範囲を限定すると解釈すべきでない。

〔例１〕
この例は、本発明の研磨組成物により示される研磨速度の上昇を示している。タンタルを含んでなる類似の基板を、７種の異なる研磨組成物で研磨した（研磨組成物１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆおよび１Ｇ）。研磨組成物１Ａ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約０．５０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）（およそ２０ｐｐｍ）のカルシウム（塩化カルシウムとして）を含んでいた。研磨組成物１Ｂ（比較例）は測定可能な量の金属イオンを含んでいなかった。研磨組成物１Ｃ（比較例）は、約７．４１ミリモル／ｋｇ（およそ２００ｐｐｍ）のアルミニウム（硫酸アルミニウム１８水和物として）を含んでいた。研磨組成物１Ｄ（比較例）は、約０．８２ミリモル／ｋｇ（およそ２０ｐｐｍ）のマグネシウム（酢酸マグネシウム水和物として）を含んでいた。研磨組成物１Ｅ（比較例）は、約１．０４ミリモル／ｋｇ（およそ５０ｐｐｍ）のチタン（三塩化チタンとして）を含んでいた。研磨組成物１Ｆ（比較例）は、約０．３３ミリモル／ｋｇ（およそ３０ｐｐｍ）のジルコニウム（硫酸ジルコニウム水和物として）を含んでいた。研磨組成物１Ｇ（比較例）は、約０．５４ミリモル／ｋｇ（およそ３０ｐｐｍ）の鉄（硫酸鉄として）を含んでいた。上記の研磨組成物のそれぞれは、約６ｗｔ％のヒュームドシリカ、約３ｗｔ％の過酸化水素、約０．３ｗｔ％の酢酸および約０．２ｗｔ％のベンゾトリアゾールも含んでおり、酸化剤の添加前のｐＨは約１０であった。タンタル除去速度の値（分あたりのÅ）を各研磨組成物に対して測定した。結果を表１にまとめて示す。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、測定可能な量の金属イオンを含まないまたはカルシウム、ストロンチウムまたはバリウム以外の金属のイオンを含んでなる類似の研磨組成物に比べ高いタンタル除去速度を示すことを表している。特に、約０．５０ミリモル／ｋｇのカルシウムを含んでなる研磨組成物１Ａ（本発明）は、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない研磨組成物１Ｂ−１Ｇ（比較例）のタンタル除去速度よりおよそ５００％高いタンタル除去速度を示した。

〔例２〕
この例は、本発明の研磨組成物により示される研磨速度の上昇を示す。タンタルを含んでなる類似の基板を、６種の異なる研磨組成物（研磨組成物２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅおよび２Ｆ）で研磨した。研磨組成物２Ａ（比較例）は、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含んでいなかった。研磨組成物２Ｂ−２Ｅ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、それぞれキログラムあたり０．１２５、０．２４９、０．４９９、１．２４７および２．４９４ミリモル（ミリモル／ｋｇ）のカルシウム（塩化カルシウムとして）を含んでいた。上記の研磨組成物のそれぞれは、約６ｗｔ％のヒュームドシリカ、約３ｗｔ％の過酸化水素、約０．３ｗｔ％の酢酸および約０．２ｗｔ％のベンゾトリアゾールも含んでおり、酸化剤の添加前のｐＨは約１０であった。タンタル除去速度の値（分あたりのÅ）を各研磨組成物に対して測定し、同時に研磨後の各基板の面内不均一性（ＷＩＷＮＵ）も測定した。結果を表２にまとめて示す。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ高いタンタル除去速度を示すことを表している。例えば、研磨組成物２Ａと２Ｂを比較すると、わずか０．１２５ミリモル／ｋｇのカルシウム濃度が、測定可能な量のカルシウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、２００％を超えるタンタル除去速度の上昇をもたらすことが示されている。これらの結果は、本発明の研磨組成物が、研磨された基板の面内不均一性を上昇させずに比較的高いタンタル除去速度を達成できることも示している。実際、研磨組成物２Ｂ−２Ｆ（本発明）は、それぞれ、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含んでいない研磨組成物２Ａ（比較例）に比べ、面内不均一性の測定値の低下を示した。

〔例３〕
この例は、本発明の研磨組成物により示される研磨速度の上昇を示す。タンタルを含んでなる類似の基板を、３種の異なる研磨組成物（研磨組成物３Ａ、３Ｂおよび３Ｃ）で研磨した。研磨組成物３Ａおよび３Ｂ（比較例）は、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含んでいなかった。研磨組成物３Ｃ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり１．０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）のカルシウム（塩化カルシウムとして）を含んでいた。研磨組成物３Ｂおよび３Ｃは、約０．３ｗｔ％の酢酸をさらに含んでいた。上記の研磨組成物のそれぞれは、約６ｗｔ％のヒュームドシリカ、約３ｗｔ％の過酸化水素および約０．２ｗｔ％のベンゾトリアゾールも含んでおり、酸化剤の添加前のｐＨは約１０であった。タンタル除去速度の値（分あたりのÅ）を各研磨組成物に対して測定し、同時に研磨後の各基板の面内不均一性（ＷＩＷＮＵ）も測定した。結果を表３にまとめて示す。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、高いタンタル除去速度を示すことを表している。例えば、研磨組成物３Ａと３Ｃのタンタル除去速度を比較すると、約１．０ミリモル／ｋｇのカルシウム濃度が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、１６００％を超す増加をもたらすことが示されている。さらに、研磨組成物３Ｂと３Ｃのタンタル除去速度を比較すると、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない研磨組成物に比べ本発明の研磨組成物が示すタンタル除去速度の著しい上昇が、主にカルシウム、バリウムまたはストロンチウムイオンの存在によることが示されている。最後に、表３に示すデータは、本発明の研磨組成物により研磨された基板が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物で研磨された基板に比べ、測定可能な面内不均一性値の上昇を示さないことを表している。

〔例４〕
この例は、本発明の研磨組成物により示される研磨速度の上昇を表している。タンタルを含んでなる類似の基板を、６種の異なる研磨組成物（研磨組成物４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅおよび４Ｆ）により研磨した。研磨組成物４Ａ（比較例）は、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まなかった。研磨組成物４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄ（本発明）は、それぞれ、研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり１．０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）のカルシウム（塩化カルシウムとして）を含んでいた。研磨組成物４Ｅ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、０．４６ミリモル／ｋｇのストロンチウム（塩化ストロンチウムとして）を含んでいた。研磨組成物４Ｆ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、０．２９ミリモル／ｋｇのバリウム（水酸化バリウムとして）を含んでいた。研磨組成物４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、約６ｗｔ％の市販のヒュームドシリカ（Ａｅｒｏｓｉｌ（登録商標）９０ヒュームドシリカ、ＤｅｇｕｓｓａＡＧ）を含み、研磨組成物４Ｃ−４Ｆは、それぞれ、約６ｗｔ％の異なる市販のヒュームドシリカ（Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（登録商標）Ｌ−９０ヒュームドシリカ、ＣａｂｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を含んでいた。研磨組成物４Ｄは、非イオン界面活性剤（Ｉｇｅｐａｌ（登録商標）ＣＯ−８９０、ＢＡＳＦＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）をさらに含んでいた。上記の研磨組成物のそれぞれは、約３ｗｔ％の過酸化水素、約０．３ｗｔ％の酢酸および約０．１ｗｔ％のベンゾトリアゾールも含んでいた。酸化剤の添加前に、研磨組成物のそれぞれは、約１０のｐＨを示したが、研磨組成物４Ｃは約９のｐＨを示した。タンタル除去速度の値（分あたりのÅ）を研磨組成物のそれぞれに対し測定し、研磨後の各基板の面内不均一性（ＷＩＷＮＵ）も測定した。結果を表４にまとめて示す。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、高いタンタル除去速度を示すことを表している。例えば、研磨組成物４Ａと４Ｂを比較すると、約１．０ミリモル／ｋｇのカルシウム濃度が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、６００％を超えるタンタル除去速度の上昇をもたらすことが示されている。比較により、本発明の研磨組成物が、研磨された基板の面内不均一性を上昇させずに、比較的高いタンタル除去速度を達成できることがさらに示されている。実際、研磨組成物４Ｂ（本発明）は、研磨組成物４Ａ（比較例）に比べ面内不均一性の低下を示した。研磨組成物４Ａ、４Ｅおよび４Ｆをさらに比較すると、０．４６ミリモル／ｋｇのストロンチウムまたは０．２９ミリモル／ｋｇのバリウムを含んでなる研磨組成物が、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、５００％を超えるタンタル除去速度の上昇を示すことが表されている。

〔例５〕
この例は、コロイダルシリカ研磨剤を含むスラリー中の本発明の研磨組成物により示される研磨速度の上昇を表す。タンタルを含んでなる類似の基板を、１８種の異なる研磨組成物（研磨組成物１Ａ−１Ｔ）を用いて研磨した。研磨組成物１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｊ、１Ｌ、１Ｎ、１Ｑおよび１Ｓ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、キログラムあたり約０．５０ミリモル（ミリモル／ｋｇ）（およそ２０ｐｐｍ）の添加されたカルシウム（塩化カルシウムとして）を含んでいた。研磨組成物１Ｂ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｈ、１Ｋ、１Ｍ、１Ｐ、１Ｒおよび１Ｔ（比較例）は添加されたカルシウムイオンを含んでいなかった。上記の研磨組成物のそれぞれは、約６ｗｔ％のコロイダルシリカ、約３ｗｔ％の過酸化水素および約０．３ｗｔ％の酢酸も含んでおり、酸化剤添加前のｐＨは約１０であった。組成物１Ａおよび１Ｂに存在するシリカ粒子は、およそ２．６ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｃおよび１Ｄに存在するシリカ粒子は、およそ４ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｅおよび１Ｆに存在するシリカ粒子は、およそ８．８ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｇおよび１Ｈに存在するシリカ粒子は、およそ１５ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｊおよび１Ｋに存在するシリカ粒子は、およそ２１ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｌおよび１Ｍに存在するシリカ粒子は、およそ２５ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｎおよび１Ｐに存在するシリカ粒子は、およそ５０ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｑおよび１Ｒに存在するシリカ粒子は、およそ８０ｎｍの平均粒径を有していた。組成物１Ｓおよび１Ｔに存在するシリカ粒子は、およそ１１３ｎｍの平均粒径を有していた。タンタル除去速度の値（分あたりのÅ）を各研磨組成物に対して測定した。結果を表５にまとめて示す。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、添加されたカルシウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べて高いタンタル除去速度を示すことを表している。特に、表５の上昇比は、添加されたカルシウムイオンがないスラリー組成物のタンタル除去速度に対する、コロイダルシリカ研磨剤および０．５０ミリモル／ｋｇのカルシウムイオンを含む同じスラリーのタンタル除去速度の比である。表に示されるとおり、本発明により与えられる上昇比の量は、平均粒径２．６ｎｍのシリカを有するスラリーで４．８にも大きくなる。本発明の効力はシリカ粒径の低下により高められる。

〔例６〕
この例は、コロイダルシリカ研磨剤を含むスラリー中の本発明の研磨組成物により示される研磨速度の上昇を表している。タンタルを含んでなる類似の基板を、６種の異なる研磨組成物（研磨組成物２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅおよび２Ｆ）により研磨した。研磨組成物２Ａ（比較例）は、測定可能な量のカルシウム、ストロンチウムまたはバリウムイオンを含まなかった。研磨組成物２Ｂ−２Ｅ（本発明）は、研磨組成物の全重量に対し、それぞれ、キログラムあたり０．１２５、０．２５、０．５０、０．７５および１．２５ミリモル（ミリモル／ｋｇ）のカルシウム（塩化カルシウムとして）を含んでいた。上記の研磨組成物のそれぞれは、約６ｗｔ％のコロイダルシリカ、約３ｗｔ％の過酸化水素および約０．３ｗｔ％の酢酸も含んでおり、酸化剤添加前のｐＨは約１０であった。タンタル除去速度の値（分あたりのÅ）を各研磨組成物に対して測定した。結果を表６にまとめて示す。

この例は、本発明の研磨組成物が、添加されたカルシウムイオンを含まない類似の研磨組成物に比べ、高いタンタル除去速度を示すことを表している。例えば、組成物２Ａおよび２Ｂは、わずか０．１２５ミリモル／ｋｇのカルシウムイオン濃度がタンタル除去速度の１００％上昇をもたらすことを表している。

刊行物、特許出願および特許文献を含めて、ここに引用した全参考文献は、各参考文献が個別かつ具体的に参照により組み込まれるものと表示され、かつその全体がここに記載されるのと同じように、参照によりここに組み込まれる。

本発明の説明の文脈中での（特に特許請求の範囲の文脈中での）「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」という用語ならびに同様の対象物の使用は、ここに特に断りのない限りまたは文脈により明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を含むと解釈されたい。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含んでなる）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む、含有する）」という用語は、特に断りのない限り範囲を制限しない（すなわち、「……を含むが、それには限定されない」）用語であると解釈されたい。ここに記載する値の範囲は、ここに特に断りのない限り、範囲内に該当する別々の値のそれぞれを個別に言及する省略法としてのみ機能すると意図され、おのおの別々の値は、個別にここに列挙されたかのようにこの明細書中に組み込まれる。ここに記載の方法は全て、ここに特に断りのない限りまたは文脈により明らかに矛盾しない限り、どのような好適な順番に実施してもよい。ここに提示される全ての例および例示的な言葉（例えば、「など」）の使用は、本発明をよりよく説明するためのみのものであると意図され、特に断りのない限り、本発明の範囲に制限を加えるものではない。明細書中のどのような言葉も、特許請求の範囲に記載されていない要素を本発明の実施に必須であるとして示すと解釈されるべきではない。

本発明の好ましい実施形態は、発明者らに知られている本発明の実施のための最良の形態を含めて、ここに記載されている。これらの好ましい実施形態の変形は、前述の説明を読めば当業者には明らかになるであろう。発明者らは、当業者がそのような変形を適宜利用すると予期し、また発明者らはここに具体的に記載した以外の方法で本発明が実施されることを意図する。したがって、本発明は、適用される法律が容認するとおり、特許請求の範囲中に詳述する内容の変形および等価物の全てを含む。さらに、可能な変形形態すべてにおける上述の要素の組み合わせは、ここに特に断りのない限り、または文脈により明らかに矛盾しない限り、本発明に含まれる。

Claims

タンタルまたは窒化タンタルを含む基板を研磨する方法であって、
（ａ）タンタルまたは窒化タンタルを含む基板を提供する工程、
（ｂ）次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）、すなわち、
（ｉ）シリカ粒子、
（ｉｉ）研磨組成物の全重量に対し、５×１０^-3から１０ミリモル／ｋｇの、カルシウム、ストロンチウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属、
（ｉｉｉ）酸化剤、および
（ｉｖ）水を含んでなる液体キャリア、
を含んでなり、ｐＨが７から１３までであって、コロイド状に安定している化学的機械的研磨組成物を提供する工程、
（ｃ）前記化学的機械的研磨組成物を、基板の少なくとも一部分に塗布する工程、および
（ｄ）前記研磨組成物により前記タンタルまたは窒化タンタルの少なくとも一部分を摩滅させて基板を研磨する工程、
を含んでなる基板研磨方法。
前記研磨組成物が、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾールおよびそれらの混合物からなる群から選択される腐食防止剤をさらに含んでなる、請求項１に記載の方法。
前記研磨組成物が、錯化剤またはキレート剤をさらに含んでなる、請求項１に記載の方法。
前記酸化剤が、研磨組成物の全重量に対し、０．５から８ｗｔ％の量で研磨組成物中に存在する、請求項１に記載の方法。
前記研磨組成物が酸をさらに含んでなり、前記酸が、シュウ酸、リンゴ酸、マロン酸、酒石酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸、フタル酸、安息香酸、クエン酸、コハク酸、それらの塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される有機酸である、請求項１に記載の方法。