JP4943613B2

JP4943613B2 - 表面平坦化組成物及び方法

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Publication number: JP4943613B2
Application number: JP2001539035A
Authority: JP
Inventors: ファン，ミンミン; エル．ミュエラー，ブライアン; エー．ダークセン，ジェイムズ
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Current assignee: CMC Materials Inc
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: TW524836B; EP1250390A1; HK1050377A1; US6716755B2; CN1399668A; US6527817B1; DE60008025T2; US20030124852A1; CN1160430C; KR100732078B1; EP1250390B1; KR20020056913A; JP2003514949A; DE60008025D1; AU1660001A; WO2001036554A1; ATE258577T1

Description

【０００１】
［発明の技術分野］
本発明は、半導体表面又はメモリ若しくは硬質ディスクの金属層のような表面の平坦化又は研磨のための組成物及び方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
基体の表面を平坦化又は研磨する組成物は、当該技術分野で既知である。研磨スラリーは典型的に、水溶液中に研磨材を含有しており、スラリー組成物で飽和した研磨パッドで表面と接触させることによって表面に適用する。典型的な研磨材としては、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、及び酸化スズを挙げることができる。例えば米国特許第５，５２７，４２３号明細書は、水性媒体中に高純度の微細金属酸化物粒子を含有する研磨スラリーを表面に接触させることによって金属層を機械化学的に研磨する方法を説明している。
【０００３】
従来の研磨組成物は典型的に、半導体ウェハー平坦化に関して完全に満足できるものではなかった。特に研磨スラリーは、研磨速度が所望の研磨速度よりも小さく、また半導体表面の化学機械研磨におけるその使用は望ましくない表面の品質をもたらすことがあった。半導体ウェハーの性能は、その表面の平坦性に直接に関連するので、研磨効率、均一性及び除去速度が大きい研磨組成物を使用すること、及び表面欠陥を最少化して高品質の研磨を行うことは重要である。
【０００４】
半導体ウェハーのための効果的な研磨組成物を作る際の困難性は、半導体ウェハーの複雑さに起因する。半導体ウェハーは典型的に基体からなり、ここに複数のトランジスタが形成されている。集積回路は、基体のパターンを付けられた領域及び基体の層によって、化学的及び物理的に基体に接続されている。操作可能な半導体ウェハーを作り、且つウェハーの収率、性能及び信頼性を最大化するためには、下側構造又は形状に好ましくない影響を与えずに、ウェハーの選択された表面を研磨することが望ましい。実際に、適当に平坦化されたウェハー表面に処理工程を行わないと、半導体製造において様々な問題が起こり得る。
【０００５】
研磨された表面の欠陥性及び下側構造又は形状への損害を最少化しながら、従来の研磨材の研磨効率及び均一性を改良するための様々な試みが存在する。例えば米国特許第５，２６４，０１０号明細書は、酸化セリウム、フュームドシリカ及び沈降シリカを含有する研磨組成物を開示している。これは、改良された除去速度及び研磨効率をもたらすとされている。同様に、米国特許第５，６２２，５２５号明細書は、平均粒度２０〜５０ｎｍのコロイド状シリカ、化学活性化剤及び脱ミネラル水を含有する研磨組成物を説明している。
【０００６】
しかしながら、基体の研磨及び平坦化の間に、欠陥性、例えば表面不完全性及び下側構造及び形状への損傷を最少化しながら、望ましい平坦化効率、均一性及び除去速度を示す組成物及び方法がまだ必要とされている。本発明は、そのような組成物及び方法の提供を意図している。本発明のこれらの及び他の利点は、以下の本発明の説明で秋からになる。
【０００７】
［発明の概略］
本発明は、表面を平坦化又は研磨する組成物に関する。本発明の研磨組成物は、（ａ）液体キャリア、（ｂ）化学促進剤、並びに（ｃ）約５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び約１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む固体を含有する。ここでこの砥粒の約９０％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度は１００ｎｍ以下である。また本発明は、本発明の組成物と表面を接触させることを含む、表面の平坦化又は研磨方法を提供する。
【０００８】
［好ましい態様の説明］
本発明は、（ａ）液体キャリア、（ｂ）化学促進剤並びに（ｃ）約５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び約１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む固体を含有する組成物を提供する。ここでこの砥粒の約９０％又はそれよりも多く（すなわち数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である。この組成物は、表面の平坦化又は研磨に有益である。本発明は欠陥、例えば下側構造及び形状の損失を最少化しながら、大きい表面の研磨効率、均一性及び除去速度を可能にする。
【０００９】
全固体は、本発明の組成物中に任意の濃度で存在していてよい。望ましくは固体は、約０．１ｗｔ％又はそれよりも高い濃度（例えば約０．１〜４０ｗｔ％の濃度）で存在している。好ましくは全固体濃度は、組成物の約０．１〜３０ｗｔ％（例えば約１〜３０ｗｔ％）である。
【００１０】
本発明の組成物の固体は、約５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び約１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む（すなわち砥粒は、全固体の少なくとも約１０ｗｔ％である）。組成物の固体は望ましくは、約１０〜８５ｗｔ％（例えば約１５〜７５ｗｔ％）のフュームド金属酸化物、及び約１５〜９０ｗｔ％（例えば約２５〜８５ｗｔ％）の砥粒を含む（すなわち砥粒は、全固体の少なくとも約１５ｗｔ％（例えば少なくとも約２５ｗｔ％）である）。好ましくは固体は、約１５〜６０ｗｔ％（例えば約２０〜５０ｗｔ％）のフュームド金属酸化物、及び約４０〜８５ｗｔ％（例えば約５０〜８０ｗｔ％）の砥粒を含む（すなわち砥粒は、全固体の少なくとも約４０ｗｔ％（例えば少なくとも約５０ｗｔ％）である）。
【００１１】
本発明の組成物のフュームド金属酸化物は、任意の適当なフュームド（熱）金属酸化物でよい。適当なフュームド金属酸化物としては例えば、フュームドアルミナ、フュームドシリカ、フュームドチタニア、フュームドセリア、フュームドジルコニア、フュームドゲルマニア、フュームドマグネシア、それらの共生成物、それらのコフュームド（共フュームド）生成物、及びそれらの混合を挙げることができる。好ましくは、本発明の組成物のフュームド金属酸化物はフュームドシリカである。
【００１２】
本発明の組成物では、任意の適当な砥粒を使用することができる。所望の砥粒は金属酸化物である。適当な金属酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、及びマグネシアを挙げることができる。米国特許第５，２３０，８３３号明細書の記載に従って調製される砥粒、様々な商業的に入手可能な生成物、例えばＡｋｚｏ−ＮｏｂｅｌＢｉｎｄｚｉｌ５０／８０生成物並びにＮａｌｃｏ１０５０、２３２７及び２３２９生成物、並びにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、ＡｐｐｌｉｅｄＲｅｓｅａｒｃｈ、日産化学及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の同様な生成物も、本発明の組成物中で使用するのに適当である。好ましくは、本発明の組成物の砥粒は、縮重合金属酸化物、例えば縮重合シリカである。縮重合シリカは典型的に、Ｓｉ（ＯＨ）_４をコロイド粒子に縮合させて調製する。
【００１３】
本発明の組成物の砥粒は、砥粒の約９０％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であるようなものである。好ましくは砥粒は、砥粒の少なくとも約９５％、９８％又は実質的に全て（又は実際に全て）の粒度が１００ｎｍ以下であるようなものである。砥粒に関して好ましいこれらの粒度は、他の粒度、例えば９５ｎｍ、９０ｎｍ、８５ｎｍ、８０ｎｍ、７５ｎｍ、７０ｎｍ及び６５ｎｍであってもよい（すなわち砥粒の少なくとも約９０％、９５％、９８％又は実質的に全て、及び実際に全ての粒度が（数に関して）、特定の値以下であってもよい）。
【００１４】
同様に、本発明の組成物の砥粒は、少なくとも約９０％、９５％、９８％又は実質的に全て（又は実際に全て）（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であるようなものでよい。砥粒に関して好ましいこれらの粒度は、他の粒度、例えば７ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍ及び３０ｎｍであってもよい（すなわち砥粒の少なくとも約９０％、９５％、９８％、実質的に全て及び全て（数に関して）の粒度が、特定の値以上であってもよい）。
【００１５】
本発明の組成物の砥粒は、粒径に関して本質的にモードが２つある分布を有し、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約３０〜５０ｎｍであり、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約７０〜９０ｎｍであってよい。好ましくは、砥粒は粒径に関して本質的にモードが２つある分布を有し、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約３５〜４５ｎｍであり、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約７５〜８５ｎｍである。
【００１６】
粒度に関して砥粒の性質を説明するためにここで使用されている割合の値は、特に言及しない限り、重量分率ではなく、「数」に関する割合である。砥粒の粒度は粒子直径に言及している。粒度は任意の適当な技術で測定することができる。ここで挙げられている粒度の値は、満足に有意な砥粒試料、好ましくは少なくとも２００個の砥粒の、視覚的な検査、特に透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による検査に基づいている。
【００１７】
砥粒の粒度分布は、シグマ−ｇ（σ_ｇ）として言及される数による幾何学標準分布によって特徴付けられる。σ_ｇの値は、（ａ）８４％（数に関して）の砥粒がそれよりも小さくなる砥粒の直径を、（ｂ）１６％（数に関して）の砥粒がそれよりも小さくなる砥粒の直径で割ることによって得られる（すなわちσ_ｇ＝ｄ_８４／ｄ_１６となる）。単分散砥粒のσ_ｇの値は約１となる。砥粒は多分散性であるので（すなわち異なるサイズの砥粒を含むので）、砥粒のσ_ｇは１よりも大きくなる。砥粒は典型的に、σ_ｇの値が約２．５又はそれ未満（例えば約２．３又はそれ未満）である。望ましくは砥粒のσ_ｇの値は、少なくとも約１．１（例えば約１．１〜２．３（例えば１．１〜１．３））であり、好ましくはσ_ｇの値は、少なくとも約１．３（例えば約１．５〜２．３又は約１．８〜２．３）である。
【００１８】
本発明の組成物は、パッキング密度によっても特徴付けられる。パッキング密度は、個々の組成物成分のそれぞれの沈降体積の和で割った共に混合した全ての組成物成分の沈降体積を、１から引いた値である。従ってパッキング密度（ＰＤ）は１−（Ｖ_ｔｏｔ／（Ｖ_ｆｍｏ＋Ｖ_ａｐ））である。ここでＶ_ｆｍｏは、フュームド金属酸化物（砥粒が存在しない状態）の体積、Ｖ_ａｐは砥粒（フュームド金属酸化物が存在しない状態）の体積、Ｖ_ｔｏｔは混合したフュームド金属酸化物及び砥粒の体積である。これらの単独のフュームド金属酸化物、単独の砥粒、及び混合された条件のこれら２つの組み合わせの体積は、体積を決定する材料の最少粒子のストークス沈降時間に１．２を掛けた値に等しい時間にわたって、任意の適当なＧ力で試料を遠心分離することによって決定する。
【００１９】
望ましくは組成物のパッキング密度の値は少なくとも約０．１、好ましくはパッキング密度の値は少なくとも約０．１５である。より好ましくは、組成物のパッキング密度の値は少なくとも約０．２である。最も好ましくは、本発明の組成物のパッキング密度の値は少なくとも約０．３（例えば約０．３〜０．６）、又は少なくとも約０．４（例えば約０．４〜０．６又は約０．５〜０．６）である。本発明の組成物は典型的にパッキング密度の値が約０．７又はそれ未満（例えば約０．６５又はそれ未満、又は約０．６又はそれ未満）である。
【００２０】
任意の適当な化学促進剤が本発明の組成物中に存在していてよい。化学促進剤は、例えば基体除去速度の増加によって示されるように、基体の平坦化又は研磨を改良するように作用する。
【００２１】
適当な化学促進剤としては例えば、酸化剤、キレート化又は錯化剤、触媒等を挙げることができる。適当な酸化剤としては例えば、酸化ハロゲン化物（例えば塩素酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、それらの混合等）を挙げることができる。適当な酸化剤としては例えば、過ホウ素酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、硝酸塩、過硫酸塩、過酸化物、ペルオキシ酸（例えば過酢酸、過安息香酸、ｍ−クロロ過安息香酸、それらの塩、それらの混合等）、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物（例えばフェリシアン化カリウム）、酸化金属塩（例えばナトリウム塩、鉄塩、カリウム塩、アルミニウム塩等）、酸化金属錯体、非金属酸化酸、アンモニウム塩、リン塩、三酸化物（例えば三酸化バナジウム）、それらの混合等も挙げることができる。
【００２２】
適当なキレート化又は錯化剤としては例えば、カルボニル化合物（例えばアセト酢酸等）、単純なカルボン酸塩（例えば酢酸塩、アリールカルボン酸塩等）、１又は複数のヒドロキシル基を有するカルボン酸塩（例えばグリコール酸塩、乳酸塩、グルコン酸塩、没食子酸及びその塩等）、ジ−、トリ−及びポリ−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（例えばジナトリウムＥＤＴＡ）、それらの混合等）、１又は複数のスルホン基及び／又はホスホン基を有するカルボン酸塩等を挙げることができる。また適当なキレート化又は錯化剤としては例えば、ジ−、トリ−及びポリ−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、タンニン酸等）、及びハロゲン化物（例えばフッソ化物、塩素化物、臭素化物及びヨウ素化物）等も挙げることができる。また適当な化学促進剤としては例えば、硫黄含有化合物、例えばチオール、チオエステル、チオエーテル及び硫酸塩、並びに窒素含有化合物、例えばアミン（アミン含有化合物）、イミン（イミン含有化合物）、アミド（アミド含有化合物）及びイミド（イミド含有化合物）を挙げることができる。適当な窒素含有化合物としては例えば、第１アミン、第２アミン、第３アミン、第４アミン、エーテルアミン、ヒドロキシル化アミン、アミノアルコール、アミノエーテルアルコール、アミノ酸（例えばグリシン、アラニン、イミノ二酢酸、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、及び／又はスレオニン）、オリゴマーアミン、オリゴマーイミン、オリゴマーアミド、オリゴマーイミド、ポリマーアミン、ポリマーイミン、ポリマーアミド、ポリマーイミド並びにそれらの混合を挙げることができる。
【００２３】
更に、適当な化学促進剤としては、例えばリン酸イオン（化学構造ＰＯ_４で示される、ここでこの構造は二重結合（Ｐ＝Ｏ）を有する）、ホスホン酸イオン（化学構造ＲＯ−ＰＯ_３又はＲ_２Ｏ_２−ＰＯ_２で示される、ここでこの構造は二重結合（Ｐ＝Ｏ）を有し、Ｒは有機部分、典型的にアルキル部分、アリール部分、環状部分、芳香族部分及びヘテロ原子含有有機部分（例えばＮ含有有機部分）からなる群より選択される）、又はそれらの組み合わせである。リン酸イオンは、任意の適当なリン酸イオン源からもたらすことができる。適当なリン酸イオン源としては例えば、リン酸及び水溶性リン酸塩、例えばオルトリン酸塩、ポリリン酸塩、及びそれらの混合を挙げることができる。リン酸イオン源は、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩、及びそれらの混合からなる群より選択することができる。好ましくはリン酸イオン源は、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸リチウム、リン酸セシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アンモニウム、リン酸等、及びそれらの混合からなる群より選択する。ホスホン酸イオンは、任意の適当なホスホン酸イオン源からもたらすことができる。適当なホスホン酸イオン源としては例えば、アミン含有ホスホン酸塩、イミン含有ホスホン酸塩、イミド含有ホスホン酸塩、アミド含有ホスホン酸塩、窒素を含有しないホスホン酸化合物（例えばアミン基を有さないホスホン酸塩）、及びそれらの混合を挙げることができる。好ましくはホスホン酸イオン源は、ホスホ酢酸、２−アミノエチル２水素リン酸塩、アミノトリ−（メチレンホスホン酸）、ニトリロトリス（メチレン）トリホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１−ジホスホン酸、及びジエチレントリアミンペンタ−（メチレンホスホン酸）、及びそれらの混合からなる群より選択する。
【００２４】
上述の化合物の多くが、塩（例えば金属塩、アンモニウム塩等）、酸又は部分塩の形で存在していてよいことが明らかである。例えばクエン酸塩としては、クエン酸並びにそのモノ−、ジ−及びトリ−塩を挙げることができ、フタル酸塩としてはフタル酸並びにそのモノ−塩（例えばフタル酸水素カリウム）及びジ−塩を挙げることができ、過塩素酸塩としては対応する酸（すなわち過塩素酸）及びその酸を挙げることができる。
【００２５】
更に、ある種の化合物は、１よりも多くの機能を達成することができる。例えばいくらかの化合物（例えば過硫酸アンモニウム、硝酸ヒドロキシルアミン等）は、キレート化剤及び酸化剤の両方として機能することができる。更に、本発明の組成物は２又はそれよりも多くの化学促進剤、例えば３又はそれよりも多くの化学促進剤、又は４又はそれよりも多くの化学促進剤を含有することができる。これに関して、化学促進剤は、促進された効果又は更に相乗効果をもたらすように機能することがある。例えば本発明の組成物は、酸化剤と錯化剤とを含有することができる。これについて、好ましくは、本発明の組成物は酸化剤とアミノ酸、例えばグリシン、アラニン、イミノ二酢酸、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン及び／又はスレオニンを含有する。同様に組成物は、酸化剤とリン酸含有化合物、又は酸化剤とカルボン酸化合物を含有することができる。これについて、好ましくは、本発明の組成物は過酸化水素およびグリシンを含有する。
【００２６】
任意の適当な量の化学促進剤が、本発明の組成物中に存在していてよい。望ましくは、化学促進剤は本発明の組成物中に、約０．０１〜２０ｗｔ％（例えば約０．０１〜１５ｗｔ％）の量で存在する。好ましくは、化学促進剤は本発明の組成物中に、約０．１〜１０ｗｔ％の量で存在する。より好ましくは、化学促進剤は本発明の組成物中に、約０．１〜５ｗｔ％（例えば約０．１〜２ｗｔ％）の量で存在する。
【００２７】
本発明の組成物は更に、１又は複数の他の成分を含有していてもよい。そのような他の成分としては、界面活性剤、ポリマー安定化剤又は他の表面活性分散剤、ｐＨ調節剤、調整剤、又は緩衝剤等を挙げることができる。適当な界面活性剤としては例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、それらの混合等を挙げることができる。適当なポリマー安定化剤又は他の表面活性分散剤としては例えば、リン酸、有機酸、酸化スズ、有機ホスホン酸塩、それらの混合等を挙げることができる。適当なｐＨ調節剤、調整剤、又は緩衝剤としては例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸、塩化水素酸、硝酸、リン酸、クエン酸、リン酸カリウム、それらの混合等を挙げることができる。
【００２８】
任意の適当なキャリア（例えば溶媒）を、本発明の組成物で使用することができる。キャリアを使用して、適当な基体の表面へのフュームド金属酸化物及び砥粒の適用を促進する。好ましくはキャリアは水である。
【００２９】
本発明の組成物のｐＨは、意図する最終用途のために適当な範囲に維持する。組成物のｐＨは望ましくは、約２〜１２である。好ましくはｐＨは特定の化学促進剤に依存する。例えば、化学促進剤が過硫酸アンモニウム及びＮＨ_３である場合、ｐＨは好ましくは約９〜１１である。化学促進剤が硝酸鉄（ＩＩＩ）である場合、ｐＨは好ましくは約２．５又はそれ未満、より好ましくは約２である。化学促進剤が硝酸ヒドロキシルアミンである場合、ｐＨは好ましくは約２〜５である。
【００３０】
また本発明は、表面を平坦化又は研磨する方法を提供する。この方法は、表面に、上述の組成物を接触させることを含む。表面は、任意の適当な技術によって処理することができる。例えば組成物は、研磨パッドを使用して表面に適用することができる。
【００３１】
本発明の組成物は、比較的大きい速度で基体を平滑化又は研磨すること、例えば比較的大きい速度で層状の基体から二酸化ケイ素層を除去することができる。更に本発明の組成物は、多くの硬質の加工品、例えばメモリ又は硬質ディスク、金属（例えば貴金属）、ＩＬＤ層、半導体、マイクロ電子機械系、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、並びに低及び高誘電率フィルムを平坦化又は研磨するのに非常に適している。またこの組成物は、集積回路及び半導体の製造において使用することができる。本発明の組成物は、望ましい平滑化効率、均一性、除去速度、並びに基体の平坦化及び研磨の間の小さい欠陥率を示す。
【００３２】
例
以下の例は本発明を更に説明しているが、当然に本発明の範囲をいかようにも限定するものではない。
【００３３】
以下の例のうちの１つ（すなわち例５）を除く全ての例で言及するメモリ又は硬質ディスクは、ＳｅａｇａｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙから商業的に入手可能なメモリ又は硬質ディスクである。メモリ又は硬質ディスクは、アルミニウム基体のニッケル−リンコーティング（メッキ）ディスクであった。メモリ又は硬質ディスクには、以下の例で使用する前に、予備研磨プロセスを行い、それぞれのメモリ又は硬質ディスクの表面粗さは３０〜５０Åであった。
【００３４】
メモリ又は硬質ディスクは、Ｓｔｒｅｕｅｒｓ（オハイオ州ウエストレーク）が製造するテーブルトップ研磨装置を使用して研磨した。このテーブルトップ研磨装置は、Ｒｏｔｏｐｏｌ３１ベースとＲｏｔｏｆｏｒｃｅ３ダウンフォース装置を使用していた。以下の例のそれぞれで使用した研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌが製造する直径３０．４８ｃｍ（１２インチ）のＰｏｌｙｔｅｘＨｉパッドであった。メモリ又は硬質ディスクは、プラテン速度１５０ｒｐｍ、研磨キャリア速度１５０ｒｐｍ、及びスラリー流量１００ｍｌ／分で、一面について１０分間にわたって研磨した。但し、例６のメモリ又は硬質ディスクでは、５分間にわたって研磨した。全ての例において使用した研磨力は、５０Ｎであった。
【００３５】
以下のそれぞれの例におけるニッケル−リン除去速度は、研磨の前後で、清浄化し、乾燥したメモリ又は硬質ディスクを計量することによって計算した。重量損失は、ニッケル−リン密度８．０５ｇ／ｃｍ^３を使用してメモリ又は硬質ディスク厚さの減少に換算した。
【００３６】
例１
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物中の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【００３７】
ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の１０種類の異なる組成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、様々な相対濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、２５ｗｔ％、５０ｗｔ％、７５ｗｔ％及び１００ｗｔ％）、縮重合シリカ（すなわち１００ｗｔ％、７５ｗｔ％、５０ｗｔ％、２５ｗｔ％及び０ｗｔ％）（測定メジアン粒度約２０ｎｍ、σ_ｇ＝２．２６）、及び硝酸ヒドロキシアミン（ＨＡＮ）（すなわち０ｗｔ％のＨＡＮ又は０．２５ｗｔ％のＨＡＮ）を含有する。全ての組成物のｐＨが約３．５であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅフュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であり、ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。結果は表１に示している。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１に示したデータから明らかなように、ＨＡＮを伴う組成物によって示される除去速度は、ＨＡＮを伴わない組成物によって示される除去速度よりもかなり大きい。更に、ＨＡＮ、及び約２５〜７５ｗｔ％のフュームドシリカと２５〜７５ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄ）での除去速度は、ＨＡＮ、及び１００ｗｔ％のフュームドシリカのみ又は１００ｗｔ％の縮重合シリカのみからなる固体を伴う組成物（組成物１Ａ及び１Ｅ）での除去速度よりも大きかった。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、ここで示される粒度特性及び砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合を有する砥粒及びフュームド金属酸化物の混合と、化学促進剤との組み合わせが重要であることを示している。
【００４０】
例２
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物中の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【００４１】
ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の１０種類の異なる組成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、様々な相対濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、２５ｗｔ％、５０ｗｔ％、７５ｗｔ％及び１００ｗｔ％）、縮重合シリカ（すなわち１００ｗｔ％、７５ｗｔ％、５０ｗｔ％、２５ｗｔ％及び０ｗｔ％）（測定メジアン粒度約２０ｎｍ、σ_ｇ＝２．２６）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）及びＮＨ_３（すなわち０．２５ｗｔ％のＡＰＳ及び０．２５ｗｔ％のＮＨ_３、又は０ｗｔ％のＡＰＳ及び０ｗｔ％のＮＨ_３）を含有する。全ての組成物のｐＨは約１０であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅフュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であり、ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。結果は表２に示している。
【００４２】
【表２】

【００４３】
表２に示したデータから明らかなように、ＡＰＳ及びＮＨ_３を伴う組成物によって示される除去速度は、１００ｗｔ％のフュームドシリカからなる組成物を除いて、ＡＰＳ及びＮＨ_３を伴わない組成物によって示される除去速度よりもかなり大きい。更に、ＡＰＳ及びＮＨ_３及び約２５〜７５ｗｔ％のフュームドシリカと２５〜７５ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄ）での除去速度は、ＡＰＳ及びＮＨ_３及び１００ｗｔ％のフュームドシリカのみ又は１００ｗｔ％の縮重合シリカのみからなる固体を伴う組成物（組成物２Ａ及び２Ｅ）での除去速度よりも大きかった。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、ここで示される粒度特性及び砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合を有する砥粒及びフュームド金属酸化物の混合と、化学促進剤との組み合わせが重要であることを示している。
【００４４】
例３
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物中の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【００４５】
ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の１０種類の異なる組成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、様々な相対濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、２５ｗｔ％、５０ｗｔ％、７５ｗｔ％及び１００ｗｔ％）、縮重合シリカ（すなわち１００ｗｔ％、７５ｗｔ％、５０ｗｔ％、２５ｗｔ％及び０ｗｔ％）（測定メジアン粒度約２０ｎｍ、σ_ｇ＝２．２６）、及びＦｅ（ＮＯ_３）_３（すなわち０ｗｔ％のＦｅ（ＮＯ_３）_３又は０．２５ｗｔ％のＦｅ（ＮＯ_３）_３）を含有していた。全ての組成物のｐＨが約２であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅフュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であり、ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。結果は表３に示している。
【００４６】
【表３】

【００４７】
表３に示したデータから明らかなように、Ｆｅ（ＮＯ_３）_３を伴う組成物によって示される除去速度は、Ｆｅ（ＮＯ_３）_３を伴わない組成物によって示される除去速度よりもかなり大きい。特に、Ｆｅ（ＮＯ_３）_３と、約２５〜７５ｗｔ％のフュームドシリカと２５〜７５ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄ）での除去速度は、Ｆｅ（ＮＯ_３）_３と、１００ｗｔ％のフュームドシリカ又は１００ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物３Ａ及び３Ｅ）での除去速度よりも大きかった。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、ここで示される粒度特性及び砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合を有する砥粒及びフュームド金属酸化物の混合と、化学促進剤との組み合わせが重要であることを示している。
【００４８】
例４
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物中の砥粒粒度の分布が重要であることを説明している。
【００４９】
１９種類の異なる組成物で、それぞれニッケル−リンウェハーを研磨した。これらの組成物は全て、硝酸ヒドロキシルアミン（ＨＡＮ）含有率が０．２５ｗｔ％であり、全固体含有率が４ｗｔ％であった。この固体は様々な濃度のフュームドシリカ（組成物の１．６ｗｔ％、２．４ｗｔ％及び３．２ｗｔ％、すなわちそれぞれ全固体の４０ｗｔ％、６０ｗｔ％及び８０ｗｔ％）、及び様々な濃度の縮重合シリカ（組成物の２．４ｗｔ％、１．６ｗｔ％及び０．８ｗｔ％、すなわちそれぞれ全固体の６０ｗｔ％、４０ｗｔ％及び２０ｗｔ％）からなっている。ここでこの縮重合シリカは、公称２０ｎｍ、４０ｎｍ及び８０ｎｍの縮重合シリカ粒子は様々な相対濃度（すなわち組成物の０ｗｔ％、０．４ｗｔ％、０．８ｗｔ％、１．２ｗｔ％、１．６ｗｔ％及び２．４ｗｔ％）を有する。全ての組成物はｐＨが約３．５であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅフュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。２０ｎｍ、４０ｎｍ及び８０ｎｍの縮重合シリカは、それぞれ１０５０、ＰＲ−４２９１及び２３２９製品（Ｎａｌｃｏ）であった。公称２０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約２５ｎｍ、σ_ｇ値が１．２０であった。公称４０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約４６ｎｍ、σ_ｇ値が１．２２であった。公称８０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約７８ｎｍ、σ_ｇ値が１．１６であった。縮重合シリカは商業的に入手可能であり、ここでは粒子の約９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、粒子の約９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。結果は表４に示している。
【００５０】
【表４】

【００５１】
表４に示したデータから明らかなように、硝酸ヒドロキシルアミンと、フュームドシリカ及び縮重合シリカの混合物からなる固体を伴う組成物によって示される除去速度は、縮重合シリカの粒度によって有意に変化する。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に、本発明の組成物中の砥粒の粒度分布が影響を与えることを示している。
【００５２】
例５
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物の砥粒に対するフュームド金属酸化物の比率及びこれらの組み合わせ、並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【００５３】
以下の異なる組成物でタングステン層をそれぞれ研磨した。これらの組成物は全て、４ｗｔ％の過酸化水素、０．００５ｗｔ％のＦｅ（硝酸鉄（ＩＩＩ）に起因）、０．０５ｗｔ％のグリシン、０．０３ｗｔ％のマロン酸を含有しており、全固体濃度が２ｗｔ％であった。この固体は様々な濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、６０ｗｔ％、７５ｗｔ％、９０ｗｔ％及び１００ｗｔ％）及び様々な相対濃度の縮重合シリカ（すなわち１００ｗｔ％、４０ｗｔ％、２５ｗｔ％、１０ｗｔ％及び０ｗｔ％）（測定メジアン粒度約４０ｎｍ、σ_ｇ＝１．２２）からなっている。全ての組成物のｐＨが約２．３であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（商標）ＬＭ−１５０フュームドシリカ（キャボット社）の水性分散体の形で組成物に加えた。縮重合シリカはＰＲ−４２９１（Ｎａｌｃｏ）であった。ここで公称４０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約４６ｎｍ、σ_ｇ値が１．２２であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。この結果は表５に示している。
【００５４】
【表５】

【００５５】
表５に示したデータから明らかなように、約９０ｗｔ％のフュームドシリカ及び１０ｗｔ％の縮重合シリカの混合物からなる固体を伴う組成物（組成物５Ｄ）によって示される除去速度は、１００ｗｔ％のフュームドシリカ又は１００ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物５Ａ及び５Ｅ）によって示される除去速度よりも大きい。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、ここで示される粒度特性及び砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合本発明の組成物における砥粒粒度の分布を有するフュームド金属酸化物及び砥粒の組み合わせが重要であることを示している。
【００５６】
例６
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【００５７】
ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の５種類の異なる組成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、全固体含有率が４ｗｔ％で、様々な濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％及び４ｗｔ％）、及び縮重合シリカ（すなわち４ｗｔ％、３ｗｔ％、２ｗｔ％、１ｗｔ％及び０ｗｔ％）（測定メジアン粒度約２０ｎｍ、σ_ｇ＝２．２６）、１．５ｗｔ％の第１の化学促進剤（すなわちＨ_２Ｏ_２）、並びに１ｗｔ％の第２の化学促進剤（すなわちグリシン）を含有していた。全ての組成物のｐＨが約２．５であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−１フュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であり、ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度、及びぞれぞれの組成物の相対的除去量を決定した。結果は表６に示している。
【００５８】
【表６】

【００５９】
表６に示したデータから明らかなように、Ｈ_２Ｏ_２、グリシン、並びにフュームドシリカ及び縮重合シリカの混合物を含む固体を伴う組成物（組成物６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄ）によって示される除去速度は、Ｈ_２Ｏ_２、グリシン、並びに４ｗｔ％のフュームドシリカ又は４ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物６Ａ及び６Ｅ）によって示される除去速度よりも大きい。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、砥粒及びフュームド金属酸化物の特定の割合及び組み合わせ、並びに２又はそれよりも多くの化学促進剤の存在が重要であることを示している。
【００６０】
例７
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並びに化学促進剤の組み合わせの存在が重要であることを説明している。
【００６１】
ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の５種類の異なる組成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、全固体含有率が４ｗｔ％で、様々な濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％及び４ｗｔ％）、及び縮重合シリカ（すなわち４ｗｔ％、３ｗｔ％、２ｗｔ％、１ｗｔ％及び０ｗｔ％）（測定メジアン粒度約２０ｎｍ、σ_ｇ＝２．２６）、１．５ｗｔ％の第１の化学促進剤（すなわちＨ_２Ｏ_２）、並びに１ｗｔ％の第２の化学促進剤（すなわちトリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰ））を含有していた。全ての組成物のｐＨが約２．５であった。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−１フュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であり、ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度、及びぞれぞれの組成物の相対的除去量を決定した。結果は表７に示している。
【００６２】
【表７】

【００６３】
表７に示したデータから明らかなように、Ｈ_２Ｏ_２、ＳＴＰ、並びにフュームドシリカ及び縮重合シリカの混合物を含む固体を伴う組成物（組成物７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄ）によって示される除去速度は、Ｈ_２Ｏ_２、グリシン、並びに４ｗｔ％のフュームドシリカ又は４ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物７Ａ及び７Ｅ）によって示される除去速度よりも大きい。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、砥粒及びフュームド金属酸化物の特定の割合及び組み合わせ、並びに２又はそれよりも多くの化学促進剤の存在が重要であることを示している。
【００６４】
特許明細書、特許出願明細書及び出版物を含む本明細書の記載において挙げられている全ての文献は、参照して本明細書の記載に含める。
【００６５】
好ましい態様を強調して本発明を説明してきたが、この好ましい態様の様々な変形を使用できることが当業者に明らかであり、特に本明細書において示された以外にも本発明を実施可能であることが意図している。従って、本発明は特許請求の範囲で示される本発明の範囲及び本質の全ての変形を包含する。

Claims

（ａ）液体キャリア、
（ｂ）下記の（ｉ）〜（ｖ）及びそれらの組合せからなる群より選択される化学促進剤：
（ｉ）酸化金属塩、酸化金属錯体、非金属酸化酸、アンモニウム塩、リン塩及び三酸化物からなる群より選択される酸化剤；
（ii）チオール、チオエステル及びチオエーテルからなる群より選択される硫黄含有化合物；
（iii）イミン、アミド、イミド、イミノ二酢酸、オリゴマーイミン、オリゴマーアミド、オリゴマーイミド、ポリマーアミン、ポリマーイミン、ポリマーアミド、及びポリマーイミドからなる群より選択される窒素含有化合物；
（iv）リン酸イオン；
（ｖ）ホスホン酸イオン、並びに
（ｃ）５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む固体
を含有し、前記砥粒の９０％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、表面を平坦化又は研磨する組成物。
前記固体のパッキング密度が少なくとも０．１である、請求項１に記載の組成物。
前記固体のパッキング密度が少なくとも０．３である、請求項２に記載の組成物。
前記固体が１０〜８５ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び１５〜９０ｗｔ％の砥粒を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の組成物。
前記固体が１５〜７５ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び２５〜８５ｗｔ％の砥粒を含む、請求項４に記載の組成物。
前記フュームド金属酸化物がフュームドシリカである、請求項１〜５のいずれかに記載の組成物。
前記砥粒が縮重合金属酸化物粒子である、請求項１〜６のいずれかに記載の組成物。
前記砥粒の９５ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の組成物。
前記砥粒の９８ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、請求項８に記載の組成物。
前記砥粒の実質的に全て（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、請求項９に記載の組成物。
前記砥粒の９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１〜１０のいずれかに記載の組成物。
前記砥粒の９５ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１１に記載の組成物。
前記砥粒の９８ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１２に記載の組成物。
前記砥粒の実質的に全て（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１３に記載の組成物。
前記砥粒の粒度分布が、少なくとも１．３の幾何標準偏差（σ ｇ）の値で特徴付けられる、請求項１〜１４のいずれかに記載の組成物。
前記固体が、組成物の０．１〜４０ｗｔ％の濃度で存在している、請求項１〜１５のいずれかに記載の組成物。
前記キャリアが水である、請求項１〜１６のいずれかに記載の組成物。
前記化学促進剤が、硫酸塩、過硫酸塩又は硝酸である、請求項１〜１７のいずれかに記載の組成物。
前記化学促進剤が、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄（ＩＩＩ）、及び硝酸ヒドロキシルアミンからなる群より選択される、請求項１８に記載の組成物。
前記固体が２５〜７５ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び２５〜７５ｗｔ％の砥粒を含み；前記フュームド金属酸化物がフュームドシリカであり；前記砥粒が縮重合金属酸化物粒子であり；且つ前記化学促進剤が、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄（ＩＩＩ）、及び硝酸ヒドロキシルアミンからなる群より選択される、請求項１に記載の組成物。
２種類又はそれよりも多くの化学促進剤を含有する、請求項１〜２０のいずれかに記載の組成物。
酸化剤及び錯化剤を含有する、請求項２１に記載の組成物。
前記錯化剤が、アミン含有化合物、リン酸イオン源、ホスホン酸イオン源、カルボン酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２２に記載の組成物。
過酸化水素及びグリシンを含有する、請求項２３に記載の組成物。
請求項１〜２０のいずれかに記載の組成物を表面に接触させることを含む、表面の平坦化又は研磨方法。
前記表面がメモリ又は硬質ディスクの表面である、請求項２５に記載の方法。
前記メモリ又は硬質ディスクの表面がニッケル−リン表面である、請求項２６に記載の方法。
請求項２１〜２４のいずれかに記載の組成物を表面に接触させることを含む、表面の平坦化又は研磨方法。