JP5576112B2 - ヨウ素酸塩を含有する化学機械研磨用組成物及び化学機械研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学機械研磨用組成物及びそれを用いた基材の研磨方法に関する。

次世代の半導体素子の開発は、素子上の導電層間のキャパシタンスを低減しかつ回路が作動できる周波数を増大させるために、前世代の金属よりも銅などのより低い抵抗値を有する金属の使用に重点を置いている。二酸化ケイ素基材上に平面の銅回路トレースを製作する１つの方法は、ダマシンプロセスと称される。このプロセスに従って、二酸化ケイ素の誘電体表面は、通常のドライエッチプロセスによってパターニングされ、垂直及び水平の相互接続のためのホール及びトレンチが形成される。パターンニングされた表面は、タンタル若しくはチタンなどの付着促進層及び／又は窒化タンタル若しくは窒化チタンなどの拡散バリア層で被覆される。付着促進層及び／又は拡散バリア層は、次いで銅層で上塗りされる。化学機械研磨により、二酸化ケイ素表面の隆起部分が露出した平面を得るまで、銅の上塗り層の厚さと任意の付着促進層及び／又は拡散バリア層の厚さを低減する。ビア及びトレンチは、回路の相互接続を形成する導電性の銅で満たされたままである。

タンタル及び窒化タンタルは、銅をベースとした素子のための付着促進層及び／又は拡散バリア層としてダマシンプロセスにおいて使用するのに特に好適な材料である。しかしながら、タンタル及び窒化タンタルの特性は銅の特性とは異なり、非常に化学的に不活性であるので、銅の研磨に有用な研磨用組成物が下地のタンタル及び窒化タンタルの除去に適していない場合が多い。典型的には、タンタル層の研磨では、有用な除去速度を達成するために、酸化剤、例えば、過酸化水素、並びに組成物の合計質量に基づいて高い固体含有量、即ち、５ｗｔ％超の研磨剤を含む組成物が必要とされる。しかしながら、過酸化水素は、研磨用組成物の他の成分と反応し得る強い酸化剤であり、研磨用組成物の安定性を制限し、それゆえ研磨用組成物の有用な可使時間を制限する。したがって、過酸化水素は、通常、エンドユーザーによって研磨用組成物に添加される。即ち、過酸化水素は、研磨操作で追加の混合工程を必要とする所謂「ツーポット（two-pot）」組成物において使用される。さらに、過酸化水素などの強い酸化剤は、化学エッチングによって基材表面上の銅線を侵食することがある。高い含有量の固体又は研磨剤もまた問題がある。例えば、固体の含有量が多いと基材表面に欠陥が生成する可能性があり、基材から製造される任意の集積回路層の性能に不利に影響を及ぼすとともに、二酸化ケイ素に対するタンタルの選択性を低下させ得る。さらに、固体含有量の高い研磨用組成物は製造するのに費用がかかる。

したがって、コスト効率がよく、例えば、タンタルの除去速度を高めることによって全体の処理時間を低減するタンタル及び銅を含む基材のための改善された研磨用組成物及び研磨方法に関してニーズがある。

本発明は、基材を研磨するための化学機械研磨用組成物であって、（ａ）０．０５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の研磨剤と、（ｂ）０．０５ｗｔ％〜４ｗｔ％のヨウ素酸アニオンと、（ｃ）窒素含有Ｃ_4-20複素環及びＣ_1-20アルキルアミンからなる群より選択される０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の窒素含有化合物と、（ｄ）水を含む液体キャリヤーとを含み、前記化学機械研磨用組成物のｐＨが１〜５である、基材を研磨するための化学機械研磨用組成物を提供する。

本発明は、（ａ）基材を用意する工程、（ｂ）該基材を、研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、（ｉ）０．０５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の研磨剤と、（ｉｉ）０．０５ｗｔ％〜４ｗｔ％のヨウ素酸アニオンと、（ｉｉｉ）窒素含有Ｃ_4-20複素環及びＣ_1-20アルキルアミンからなる群より選択される０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の窒素含有化合物と、（ｉｖ）水を含む液体キャリヤーとを含み、前記化学機械研磨用組成物のｐＨが１〜５である化学機械研磨用組成物と接触させる工程、（ｃ）前記基材に対して前記研磨パッドを該化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、及び（ｄ）該基材の少なくとも一部を削って該基材を研磨する工程を含む、基材を化学機械研磨する方法をさらに提供する。

本発明は、基材を研磨するための化学機械研磨用組成物を提供する。この研磨用組成物は、（ａ）研磨剤と、（ｂ）ヨウ素酸イオンと、（ｃ）窒素含有化合物と、（ｄ）水を含む液体キャリヤーとを含む。この研磨用組成物は、望ましくは比較的より低い研磨剤濃度でより高くかつ調整可能な金属除去速度を可能にする。

研磨用組成物は、ヨウ素酸イオン（ＩＯ₃ ^-）を含む。ヨウ素酸イオンは酸化剤として作用する。ヨウ素酸イオンは、任意の好適な量で研磨用組成物中に存在することができる。ヨウ素酸イオンは、研磨用組成物の合計質量に基づいて、典型的には０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０５ｗｔ％以上、より好ましくは０．１ｗｔ％以上の量で研磨用組成物中に存在する。ヨウ素酸イオンは、研磨用組成物の合計質量に基づいて、典型的には４ｗｔ％以下、好ましくは２ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以下、最も好ましくは０．４ｗｔ％以下の量で研磨用組成物中に存在する。

ヨウ素酸イオンは、任意の好適な技術、典型的には任意の好適なヨウ素酸塩を水中に溶解することによって溶液中に得られる。ヨウ素酸塩の例としては、限定されないが、ヨウ素酸ナトリウム、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸アンモニウム、ヨウ素酸カルシウム、ヨウ素酸セシウム、ヨウ素酸リチウム、及びヨウ素酸マグネシウムが挙げられる。あるいはまた、ヨウ素酸イオンは、ヨウ素酸を水中に溶解することによって得られる。

望ましくは、ヨウ素酸イオンは過酸化物の酸化剤よりも安定である。したがって、ヨウ素酸イオンを含む研磨用組成物は、１つのパッケージ系、即ち、所謂「ワンポット（one-pot）」組成物としてエンドユーザーに供給することができる。

研磨用組成物は窒素含有化合物をさらに含む。窒素含有化合物は、任意の好適な窒素含有化合物であることができる。窒素含有化合物の選択は、研磨されるべき特定の基材に典型的に依存している。典型的には、窒素含有化合物は、窒素含有Ｃ_4-20複素環又はＣ_1-20アルキルアミンである。好ましくは、窒素含有化合物は、１Ｈ−１，２，３−ベンゾトリアゾール、１Ｈ−１，２，３−ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸、１，２，４−トリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−アミノ−１，２，４−トリアゾール、１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−カルボキシアルデヒド、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−カルボン酸、ピラゾール、２−ピラジンカルボン酸、２，６−ピリジンカルボン酸、４−ピリジル酢酸、１Ｈ−１，２，３−トリアゾロ［４，５−ｂ］ピリジン、メチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、トリエチルアミン、それらの塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。好ましい実施態様では、窒素含有化合物は、１Ｈ−１，２，３−ベンゾトリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール又はそれらの組み合わせである。

窒素含有化合物は任意の好適な量で存在することができる。窒素含有化合物は、研磨用組成物の合計質量に基づいて、典型的には０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０５ｗｔ％以上、より好ましくは０．１ｗｔ％以上の量で研磨用組成物中に存在する。窒素含有化合物は、研磨用組成物の合計質量に基づいて、典型的には１ｗｔ％以下、好ましくは０．５ｗｔ％以下、より好ましくは０．２５ｗｔ％以下の量で研磨用組成物中に存在する。

窒素含有化合物とヨウ素酸イオンを含む本発明の組成物に関して、タンタルの除去速度が他の酸化剤と比較してより高いことを意外にも見出した。タンタルの研磨において除去速度が増すことで、全体の処理時間が低減されることが期待される。

研磨用組成物は研磨剤をさらに含む。有意には、高いタンタル除去速度は、ヨウ素酸塩の酸化剤とともに比較的低い固体含有量を含む化学機械研磨用組成物を用いて達成できることが見出された。研磨剤は、研磨用組成物の合計質量に基づいて、典型的には０．０５ｗｔ％以上（例えば、０．１ｗｔ％以上又は０．２５ｗｔ％以上）の量で研磨用組成物中に存在する。研磨剤は、研磨用組成物の合計質量に基づいて、典型的には１０ｗｔ％以下（例えば、５ｗｔ％以下、２ｗｔ％以下、１ｗｔ％以下、０．７５ｗｔ％以下又は０．５ｗｔ％以下）の量で研磨用組成物中に存在する。

研磨剤は任意の好適な研磨剤であることができ、その多くは当技術分野で周知である。研磨剤は望ましくは金属酸化物を含む。好適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、ゲルマニア、マグネシア、それらの共形成製品、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物が挙げられる。好ましくは、金属酸化物はシリカである。シリカは任意の好適な形態のシリカであることができる。有用な形態のシリカとしては、限定されないが、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、及び縮重合シリカが挙げられる。最も好ましくは、シリカは縮重合シリカである。縮重合シリカの粒子は、典型的にはＳｉ（ＯＨ）₄を縮合させてコロイド粒子を形成することによって調製される。このような研磨剤粒子は、米国特許第５，２３０，８３３号明細書に従って調製することができるか、又は種々の商業的に入手可能な製品、例えば、Ｆｕｓｏ ＰＬ−１及びＰｌ−２製品、Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ Ｂｉｎｄｚｉｌ ５０／８０製品、並びにＮａｌｃｏ １０５０、２３２７及び２３２９製品、並びにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の類似の製品のいずれかとして得ることができる。

研磨剤粒子は任意の好適なサイズを有することができる。典型的には、研磨剤粒子は５ｎｍ〜２５０ｎｍの平均粒子サイズ（例えば、平均粒子径）を有する。好ましくは、研磨剤粒子は１０ｎｍ〜１００ｎｍの平均粒子サイズを有する。最も好ましくは、研磨剤粒子は２５ｎｍ〜８０ｎｍの平均粒子サイズを有する。非球形粒子の粒子サイズは、粒子を取り囲む最も小さい球の直径である。

液体キャリヤーは、それに溶解又は懸濁される研磨剤及び任意の成分を研磨（例えば、平坦化）されるべき好適な基材の表面に適用することを促進させるのに使用される。液体キャリヤーは典型的には水性キャリヤーであり、水のみであることができるか（即ち、水からなることができるか）、水から本質的になることができるか、水と好適な水混和性溶剤を含むことができるか、又はエマルジョンであることができる。好適な水混和性溶剤としては、アルコール、例えば、メタノール、エタノールなど、並びにエーテル、例えば、ジオキサン及びテトラヒドロフランが挙げられる。水性キャリヤーは、好ましくは水、より好ましくは脱イオン水を含むか、水から本質的になるか又は水からなる。

研磨用組成物は任意の好適なｐＨを有することができる。例えば、研磨用組成物は１〜５のｐＨを有することができる。典型的には、研磨用組成物は２以上のｐＨを有する。研磨用組成物のｐＨは典型的には４以下である。

研磨用組成物のｐＨは任意の好適な手段によって達成することができるか及び／又は維持することができる。より具体的には、研磨用組成物は、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤又はそれらの組み合わせをさらに含むことができる。ｐＨ調整剤は任意の好適なｐＨ調整用化合物であることができる。例えば、ｐＨ調整剤は、硝酸、水酸化カリウム又はそれらの組み合わせであることができる。ｐＨ緩衝剤は、任意の好適な緩衝剤、例えば、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などであることができる。研磨用組成物は、任意の好適な量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨ緩衝剤を含むことができる。但し、研磨用組成物のｐＨを本明細書に記載のｐＨの範囲内に達成及び／又は維持するのに好適な量が使用されなければならない。

研磨用組成物は任意選択で腐食防止剤（即ち、膜形成剤）を含む。腐食防止剤は、基材の任意の１つ又は複数の成分のための任意の好適な腐食防止剤であることができる。好ましくは、腐食防止剤は銅腐食防止剤である。本発明の目的のために、腐食防止剤は、研磨される表面の少なくとも一部の上にパッシベーション層（passivation layer）（即ち、溶解防止層）を形成することを容易にする任意の化合物又は化合物の混合物である。本発明の研磨系は任意の好適な量の腐食防止剤を含むことができる。一般的に、研磨系の研磨用組成物は、０．００５ｗｔ％〜１ｗｔ％（例えば、０．０１〜０．５ｗｔ％又は０．０２〜０．２ｗｔ％）の腐食防止剤を含む。

研磨用組成物は、任意選択で１つ又は複数の他の添加剤をさらに含む。研磨用組成物は、界面活性剤及び／又はレオロジー制御剤、例えば、粘度増強剤及び凝固剤（例えば、高分子レオロジー制御剤、例えば、ウレタンポリマーなど）を含むことができる。好適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、それらの混合物などが挙げられる。

研磨用組成物は、その多くが当業者に公知である任意の好適な技術によって調製することができる。研磨用組成物はバッチ又は連続プロセスで調製することができる。一般的には、研磨用組成物は、それらの成分を任意の順序で組み合わせることによって調製することができる。本明細書で用いられる「成分」という語は、個々の成分（例えば、窒素含有化合物、研磨剤など）並びに複数の成分（例えば、窒素含有化合物、ヨウ素酸イオン源、界面活性剤など）の任意の組み合わせを含む。

例えば、研磨剤は好適な液体キャリヤー中に分散することができる。次いで、ヨウ素酸イオン源と窒素含有化合物を添加することができ、これらの成分を研磨用組成物に組み入れることができる任意の方法によって混合することができる。研磨用組成物は、使用の直前（例えば、使用前１分以内、使用前１時間以内又は使用前７日以内）に研磨用組成物に添加される１つ又は複数の成分、例えば、ヨウ素酸イオン源とともに、使用前に調製することができる。研磨用組成物はまた、研磨操作の間に基材の表面でこれらの成分を混合することによって調製することもできる。

研磨用組成物は、ヨウ素酸イオン源、窒素含有化合物、研磨剤、及び液体キャリヤーを含む１つのパッケージ系として供給することができる。あるいはまた、研磨剤を液体キャリヤー中の分散体として第１の容器において供給することができ、ヨウ素酸イオン源を乾燥した形態であるか又は液体キャリヤー中の溶液若しくは分散体として第２の容器において供給することができる。窒素含有化合物を第１及び／又は第２の容器又は第３の容器に入れることができる。さらには、第１又は第２の容器中の成分は乾燥した形態であることができ、一方で、残りの１つ又は複数の容器中の成分は水性分散体の形態であることができる。さらには、第１又は第２の容器中の成分は異なるｐＨ値を有するか、実質的に類似の又は等しいｐＨ値を有することが適切である。ヨウ素酸塩の酸化剤は、研磨用組成物の他の成分とは別々に供給することができ、例えば、エンドユーザーにより使用の直前（例えば、使用前１週間以内、使用前１日以内、使用前１時間以内、使用前１０分以内又は使用前１分以内）に、研磨用組成物の他の成分と組み合わせることができる。研磨用組成物の成分の他の２つの容器又は３つ以上の容器の組み合わせは当業者の知識の範囲内である。

好ましい実施態様では、研磨用組成物は１つのパッケージ系として供給される。

本発明の研磨用組成物はまた、使用前に適切な量の液体キャリヤーで希釈されることを意図した濃縮物として提供することもできる。このような実施態様では、研磨用組成物の濃縮物は、濃縮物を適切な量の液体キャリヤーで希釈した時に、研磨用組成物の各成分が各成分について上に記載した適切な範囲内の量で研磨用組成物中に存在するような量において、研磨剤、ヨウ素酸イオン、窒素含有化合物及び液体キャリヤーを含むことができる。例えば、研磨剤、ヨウ素酸イオン及び窒素含有化合物は、各成分について上に記載した濃度の２倍（例えば、３倍、４倍又は５倍）の量で濃縮物中にそれぞれ存在して、濃縮物を等量の液体キャリヤー（例えば、それぞれ２倍等量の液体キャリヤー、３倍等量の液体キャリヤー又は４倍等量の液体キャリヤー）で希釈した時に、各成分が研磨用組成物中に各成分について上に記載した範囲内の量で存在するようにすることができる。さらに、当業者であれば理解するように、ヨウ素酸イオン、窒素含有化合物及び他の好適な添加剤が濃縮物中に少なくとも部分的に又は完全に溶解することを確実にするために、濃縮物は、最終的な研磨用組成物中に存在する適切な割合の液体キャリヤーを含有することができる。

本発明はまた、基材を本明細書に記載の研磨用組成物で研磨する方法を提供する。基材を研磨する方法は、（ｉ）基材を上記の研磨用組成物と接触させる工程、及び（ｉｉ）該基材の少なくとも一部を削るか又は除去して該基材を研磨する工程を含む。

特には、本発明は、（ａ）基材を用意する工程、（ｂ）該基材を、研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、（ｉ）０．０５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の研磨剤と、（ｉｉ）０．０５ｗｔ％〜４ｗｔ％のヨウ素酸アニオンと、（ｉｉｉ）窒素含有Ｃ_4-20複素環及びＣ_1-20アルキルアミンからなる群より選択される０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の窒素含有化合物と、（ｉｖ）水を含む液体キャリヤーとを含み、前記化学機械研磨用組成物のｐＨが１〜５である化学機械研磨用組成物と接触させる工程、（ｃ）前記基材に対して前記研磨パッドを該化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、及び（ｄ）該基材の少なくとも一部を削って該基材を研磨する工程を含む、基材を化学機械研磨する方法をさらに提供する。

本発明の研磨用組成物は任意の基材の研磨に有用であるが、この研磨用組成物はタンタルを含む少なくとも１つの金属層を含む基材の研磨に特に有用である。基材は任意の好適なタンタル含有基材（例えば、集積回路、金属、ＩＬＤ層、半導体及び薄膜）であることができ、任意の好適な絶縁層及び／又は他の金属若しくは金属合金層（例えば、金属導電層）をさらに含むことができる。絶縁層は、金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素化有機ポリマー又は他の任意の好適な高若しくは低ｋ絶縁層であることができる。絶縁層はシリコン系金属酸化物であることが好ましい。追加の金属又は金属合金層は、任意の好適な金属又は金属合金層であることができる。タンタル含有基材は、銅を含む金属層をさらに含むことが好ましい。

本発明によれば、基材は、任意の好適な技術によって本明細書に記載の研磨用組成物で平坦化又は研磨することができる。本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置とともに使用するのに特に適している。典型的には、ＣＭＰ装置は、使用の際に動き、軌道、直線又は円運動から生じる速度を有するプラテンと、このプラテンと接触し、プラテンが動くとそれとともに動く研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して接触し動くことにより研磨すべき基材を保持するキャリヤーとを含む。基材の研磨は、基材を研磨パッド及び本発明の研磨用組成物と接触させることにより行われ、次いで研磨パッドを基材に対して動かして基材の少なくとも一部を削って基材を研磨するようにする。

基材は、任意の好適な研磨パッド（例えば、研磨表面）とともに研磨用組成物で平坦化又は研磨することができる。好適な研磨パッドとしては、例えば、織及び不織の研磨パッドが挙げられる。さらに、好適な研磨パッドは、種々の密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮に対する反発力、及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。好適なポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フッ化炭素、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、それらの共形成製品、及びそれらの混合物が挙げられる。

望ましくは、ＣＭＰ装置は、その多くが当技術分野で公知である現場（in situ）研磨終点検出システムをさらに含む。ワークピースの表面から反射される光又は他の放射線を分析することによって研磨プロセスを点検及び監視する技術は当技術分野で公知である。このような方法は、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号明細書、同第５，４３３，６５１号明細書、同第５，６０９，５１１号明細書、同第５，６４３，０４６号明細書、同第５，６５８，１８３号明細書、同第５，７３０，６４２号明細書、同第５，８３８，４４７号明細書、同第５，８７２，６３３号明細書、同第５，８９３，７９６号明細書、同第５，９４９，９２７号明細書、及び同第５，９６４，６４３号明細書に記載されている。望ましくは、研磨されるワークピースに関する研磨プロセスの進行の点検又は監視は、研磨終点の決定、即ち、特定のワークピースに関する研磨プロセスを終了するタイミングの決定を可能にする。

以下の例によって本発明をさらに説明するが、当然ながら、これらの例は、何ら本発明の範囲を限定するものとして解されるべきではない。

以下の各例では、タンタル、銅及びＴＥＯＳのブランケットウェハを従来のＣＭＰ装置を用いて異なる研磨用組成物で研磨した。研磨装置は以下のとおりであった。プラテン上の研磨パッドに対するキャリヤー上の基材の下向き力が９．３ｋＰａ（１．３５ｐｓｉ）、プラテン速度が１１０ｒｐｍ、キャリヤー速度が１０２ｒｐｍ、そして研磨用組成物の流量が１５０ｍｌ／分であった。研磨に続いて、ブランケットウェハからのタンタル、銅及び誘電酸化物の除去速度をÅ／分で測定した。

［例１］
本例は、本発明の研磨用組成物を用いてタンタル、銅及び誘電酸化物の除去速度に関するヨウ素酸塩濃度の効果を評価するものである。

タンタル、銅及びＴＥＯＳのブランケット層を含む同様の基材を６個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ及び１Ｆ）で研磨した。各研磨用組成物は、０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）と０．１ｗｔ％のベンゾトリアゾールを水中にｐＨ２．４で含んでいた。研磨用組成物１Ａ〜１Ｆは、それぞれ０．０１ｗｔ％、０．０２５ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．２ｗｔ％及び０．２５ｗｔ％のＫＩＯ₃をさらに含んでいた。タンタル、銅及びＴＥＯＳの除去速度の結果を表１に示す。

これらの結果は、誘電酸化物（ＴＥＯＳ）の除去速度が主としてヨウ素酸塩の濃度から独立していることを実証している。対照的に、タンタル及び銅の除去速度はヨウ素酸塩の濃度に強く依存している。銅の除去速度は、ヨウ素酸塩の濃度の増加とともに増加している。タンタルの除去速度は、０．１ｗｔ％付近の中間のヨウ素酸塩濃度で最大１０００Å／分超まで達している。１０００Å／分を超える高いタンタル除去速度は、同様に低い研磨剤含有量、例えば、０．５ｗｔ％における従来の酸化剤では達成されない。

［例２］
本例は、本発明の研磨用組成物を用いてタンタル、銅及び誘電酸化物の除去速度に関する研磨剤濃度の効果を評価するものである。

タンタル、銅及びＴＥＯＳのブランケット層を含む同様の基材を５個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ及び２Ｅ）で研磨した。各研磨用組成物は、０．０５ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．１ｗｔ％のベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）を水中にｐＨ２．４で含んでいた。研磨用組成物２Ａ〜２Ｅは、それぞれ０．２５ｗｔ％、０．５ｗｔ％、１ｗｔ％、１．５ｗｔ％及び２ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）をさらに含んでいた。タンタル、銅及びＴＥＯＳの除去速度を表２に示す。

これらの結果は、誘電酸化物（ＴＥＯＳ）の除去速度が研磨剤の濃度に強く依存していることを実証している。対照的に、タンタル及び銅の除去速度は比較的研磨剤の濃度から独立している。図１のグラフは、Ｔａ／ＴＥＯＳの選択率を研磨剤濃度の関数として示している。このグラフは、より低い研磨剤濃度でＴａ／ＴＥＯＳの選択率が高いことを実証している。

［例３］
本例は、ｐＨに関する材料除去速度の依存性を評価するものである。

タンタル、銅及びＴＥＯＳのブランケット層を含む同様の基材を６個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆ）で研磨した。各研磨用組成物は、０．１ｗｔ％のＫＩＯ₃と、０．１ｗｔ％のＢＴＡと、０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）とを含んでいた。研磨用組成物３ＡのｐＨは２．１９、研磨用組成物３ＢのｐＨは２．４５、研磨用組成物３ＣのｐＨは２．６、研磨用組成物３ＤのｐＨは２．８、研磨用組成物３ＥのｐＨは３．１２、研磨用組成物３ＦのｐＨは３．６７であった。タンタル、銅及びＴＥＯＳの除去速度の結果を表３に示す。

これらの結果は、ＫＩＯ₃を含む研磨用組成物のｐＨに関するタンタル、銅及びＴＥＯＳの除去速度の強い依存性を実証している。

［例４］
本例は、本発明の研磨用組成物を用いてタンタル及び銅の除去速度に関する窒素含有化合物の効果を評価するものである。

タンタル及び銅のブランケット層を含む同様の基材を５個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ及び４Ｅ）で研磨した。各研磨用組成物は、０．０５ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）を水中にｐＨ２．６で含んでいた。研磨用組成物４Ａはベンゾトリアゾール（「ＢＴＡ」）を含んでおらず、研磨用組成物４Ｂ〜４Ｅは、それぞれ０．０２５ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．１ｗｔ％及び０．２ｗｔ％のＢＴＡをさらに含んでいた。タンタル及び銅の除去速度の結果を表４に示す。

ＢＴＡは銅除去の周知の防止剤である。しかしながら、表４に示す結果から明らかなように、ＢＴＡはヨウ素酸塩との組み合わせにおいてタンタルの除去速度を増加させた。タンタルの除去速度は、ＢＴＡ濃度の増加とともに増加し、０．１ｗｔ％のＢＴＡ濃度で平坦域に達した。研磨用組成物４Ｄは、ＢＴＡなしの研磨用組成物、即ち、研磨用組成物４Ａに関して観測されたものよりも約６０％高いタンタル除去速度を示した。銅の除去速度は、ＢＴＡの濃度の増加とともにまず増加し、そして減少した。

［例５］
本例は、タンタルの除去速度を向上させるための、ヨウ素酸塩と窒素含有化合物、例えば、ＢＴＡとの間の相乗作用を評価するものである。

タンタルのブランケット層を含む同様の基材を６個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ及び５Ｆ）で研磨した。研磨用組成物５Ａ（比較）は、０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）と０．０５ｗｔ％のＫＩＯ₃を水中にｐＨ２．４で含んでいた。研磨用組成物５Ｂ（本発明）は、０．１ｗｔ％のＢＴＡと、０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）と、０．０５ｗｔ％のＫＩＯ₃とを水中にｐＨ２．４で含んでいた。研磨用組成物５Ｃ（比較）は、１２ｗｔ％の縮重合シリカ（直径２５ｎｍ）と、１ｗｔ％のＨ₂Ｏ₂と、４０ｐｐｍの酢酸カルシウムとをｐＨ９で含んでいた。研磨用組成物５Ｄ（比較）は、０．１ｗｔ％のＢＴＡと、１２ｗｔ％の縮重合シリカ（直径２５ｎｍ）と、１ｗｔ％のＨ₂Ｏ₂と、４０ｐｐｍの酢酸カルシウムとをｐＨ９で含んでいた。タンタルの除去速度の結果を表５に示す。

表５に示すタンタルの除去速度の結果から明らかなように、ヨウ素酸塩とＢＴＡを含む研磨用組成物５Ｂは、同様の少量のヨウ素酸塩を含むがＢＴＡを含まない研磨用組成物５Ａと比べて高いタンタルの除去速度を示した。Ｈ₂Ｏ₂を単独で又はＢＴＡとともに含むがヨウ素酸塩を含まない研磨用組成物、即ち、研磨用組成物５Ｃ及び５Ｄは、タンタルの除去速度の増加に関してＢＴＡとの相乗作用を示さなかった。

［例６］
本例は、本発明の組成物中の様々な窒素含有化合物の有効性を評価するものである。

タンタル、銅及びＴＥＯＳのブランケット層を含む同様の基材を１６個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、６Ｉ、６Ｊ、６Ｋ、６Ｌ、６Ｍ、６Ｎ、６Ｏ及び６Ｐ）で研磨した。各研磨用組成物は、０．１ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）を水中にｐＨ２．６で含んでいた。研磨用組成物６ＡはＢＴＡを含んでおらず、研磨用組成物６Ｂは０．１ｗｔ％のＢＴＡを含み、研磨用組成物６Ｃは０．０１ｗｔ％の１Ｈ−１，２，３−ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸を含み、研磨用組成物６Ｄは０．１ｗｔ％の１，２，４−トリアゾールを含み、研磨用組成物６Ｅは０．１ｗｔ％のピラゾールを含み、研磨用組成物６Ｆは０．１ｗｔ％の２−ピラジンカルボン酸を含み、研磨用組成物６Ｇは０．１ｗｔ％の４−ピリジル酢酸塩酸塩を含み、研磨用組成物６Ｈは０．１ｗｔ％の４−アミノ−１，２，４−トリアゾールを含み、研磨用組成物６Ｉは３，５−ジアミノ−１，２，４−トリアゾールを含み、研磨用組成物６Ｊは０．１ｗｔ％の２，６−ピリジンカルボン酸を含み、研磨用組成物６Ｋは０．１ｗｔ％の５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾールを含み、研磨用組成物６Ｌは０．００２ｗｔ％の３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−カルボン酸を含み、研磨用組成物６Ｍは０．０２ｗｔ％の１Ｈ−１，２，３−ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸を含み、研磨用組成物６Ｎは０．０２ｗｔ％の１Ｈ−１，２，３−トリアゾロ［４，５ｂ］ピリジンを含み、研磨用組成物６Ｏは０．１ｗｔ％のメチルアミンを含み、研磨用組成物６Ｐは０．１ｗｔ％のトリメチルアミンを含んでいた。タンタル、銅及びＴＥＯＳの除去速度の結果を表６に示す。

表６に示す結果から明らかなように、３，５−ジアミノ−１，２，４−トリアゾールを除く全ての窒素含有化合物が、ヨウ素酸塩とともに高いタンタルの除去速度を示した。

［例７］
本例は、本発明の組成物中の様々な研磨剤の有効性を評価するものである。

タンタル、銅及びＴＥＯＳのブランケット層を含む同様の基材を６個の異なる研磨用組成物（研磨用組成物７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ及び７Ｆ）で研磨した。各研磨用組成物７Ａは、０．２ｗｔ％のＫＩＯ₃と１ｗｔ％の縮重合シリカ（直径２５ｎｍ）を水中にｐＨ２．２で含んでいた。各研磨用組成物７Ｂは、０．０５ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．５ｗｔ％の縮重合シリカ（直径８０ｎｍ）を水中にｐＨ２．４で含んでいた。各研磨用組成物７Ｃは、０．２ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．５ｗｔ％のヒュームドシリカを水中にｐＨ２．２で含んでいた。各研磨用組成物７Ｄは、０．２ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．５ｗｔ％のヒュームドアルミナを水中にｐＨ２．２で含んでいた。各研磨用組成物７Ｅは、０．２ｗｔ％のＫＩＯ₃と０．５ｗｔ％のαアルミナを水中にｐＨ２．２で含んでいた。各研磨用組成物７Ｆは、１ｗｔ％のＫＩＯ₃と１ｗｔ％のセリアを水中にｐＨ２．１で含んでいた。タンタル、銅及びＴＥＯＳの除去速度の結果を表７に示す。

表７に示すタンタルの除去速度から明らかなように、ＫＩＯ₃を含む研磨用組成物において縮重合シリカを使用することで高いタンタル除去速度を示した。

研磨剤濃度の関数としてのＴａ／ＴＥＯＳの選択率のグラフである。

Claims (6)

1. 基材を研磨するための化学機械研磨用組成物であって、
   （ａ）２５ｎｍ〜８０ｎｍの平均粒子サイズを有する０．２５ｗｔ％〜０．７５ｗｔ％のコロイドシリカの研磨剤と、
   （ｂ）０．０５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％のヨウ素酸イオンと、
   （ｃ）０．０５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％の１Ｈ−１，２，３−ベンゾトリアゾールと、
   （ｄ）水を含む液体キャリヤーと
   を含み、前記化学機械研磨用組成物のｐＨが２．４〜２．８である、基材を研磨するための化学機械研磨用組成物。
2. 前記研磨剤が０．２５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の量で存在する、請求項１に記載の化学機械研磨用組成物。
3. （ａ）基材を用意する工程、
   （ｂ）該基材を、研磨パッド及び請求項１又は２に記載の化学機械研磨用組成物と接触させる工程、
   （ｃ）前記基材に対して前記研磨パッドを該化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、及び
   （ｄ）該基材の少なくとも一部を削って該基材を研磨する工程
   を含む、基材を化学機械研磨する方法。
4. 前記基材が金属層を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記金属層がタンタルを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記金属層が銅をさらに含む、請求項５に記載の方法。

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