JP6723995B2 - コバルトディッシング制御剤 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
- C23F11/10—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
- C23F11/14—Nitrogen-containing compounds
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Description
関連出願の相互参照
この特許出願は、２０１４年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／０６６，４８４号、及び２０１５年７月２８日に出願された第６２／１９８，００２号の利益を主張し、参照され組み込まれる。
この特許出願は、２０１４年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／０６６，４８４号、及び２０１５年７月２８日に出願された第６２／１９８，００２号の利益を主張し、参照され組み込まれる。
集積回路及び他の電子デバイスの製造では、導電性、半導体性及び誘電性材料の複数の層が基材表面上に堆積され、又は基材表面から除去される。材料の層が基材上に順次堆積され、基材から除去されるにつれて、基材の最上面は非平面になり、平坦化を必要とする。表面を平坦化する、すなわち表面を「研磨する」とは、基材の表面から材料を除去して、一般的に非常に平坦な表面を形成するプロセスである。平坦化は、望ましくない表面形状及び表面欠陥、例えば、粗い表面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ、及び汚染された層又は材料等、を除去するのに有用である。平坦化は、対象物を充填するために使用される過剰の堆積材料を除去することによって基材上に対象物を形成し、その後のメタライズ及び処理レベルのための平坦な表面を提供するのにも有用である。
基材の表面を平坦化又は研磨するための組成物及び方法は、当該技術分野において公知である。化学機械平坦化、又は化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基材を平坦化するのに使用される一般的な技術である。ＣＭＰは、基材から材料を選択的に除去するために、ＣＭＰ組成物として、又はより単純に研磨組成物（研磨スラリーとも称される）として知られる化学組成物を利用する。研磨組成物は、一般的には、基材の表面を、研磨組成物が浸透した研磨パッド（例えば、研磨布又は研磨ディスク）と接触させることによって基材に塗布される。基材の研磨は、一般的には、研磨組成物の化学的活性及び／又は研磨組成物中に懸濁された研磨材又は研磨パッド（例えば、固定研磨パッド）に組み込まれた研磨材の機械的活性によって助長される。
コバルトは、先進の集積回路デバイスへの集積化のための金属として浮上している。コバルトの効果的な集積化には、高い除去速度、良好な平坦化効率、低いディッシング及びエロージョン、及び低い欠陥率を有するＣＭＰ方法が必要となる。ｐＨ９．５以上では、コバルトは不溶性の不動態化酸化物−水酸化物被膜を形成する。そのｐＨ未満では、コバルトは水と容易に反応して可溶性の水和Ｃｏ（ＩＩ）種を形成する。米国特許出願公開第２０１４／０２４３２５０Ａ１号明細書には、ｐＨ９．０以上で中程度のコバルト除去速度を示す研磨組成物が開示されているが、経済的及び加工上の観点から不利である高い粒子充填量及び高い下方力が必要である。
許容できるコバルト速度を達成するためには、通常、活性の高い配合が必要とされる。集積回路デバイスは、一般的には、酸化シリコンのような誘電材料を一般的に含む基材にエッチングされた回路ラインを有するパターニングされたウェーハを含む。パターニングされた基材の表面上にコバルトを積層することにより、コバルト回路ラインの形成が可能になる。そして、コバルトは、下にある誘電体のレベルまで研磨することにより除去される。エロージョンは、パターニングされた領域内の誘電体材料の損失を指し、研磨材含有量の制御によって緩和され得る。ディッシングとは、回路トレース内のコバルトの損失を指す。ディッシング制御はより困難であり、一度上にあるコバルトブランケットを除去して下の誘電体材料を露出させると、トレース内のコバルト除去を停止又は低減する能力を有する研磨組成物が必要となる。
従って、許容可能なディッシング、エロージョン、腐食及び低欠陥性を示しながら、高いコバルト除去速度を提供する研磨組成物の必要性が当該技術分野に残っている。
本発明は、化学機械研磨組成物を提供し、化学機械研磨組成物は、（ａ）研磨材粒子と、（ｂ）コバルト腐食防止剤と、（ｃ）コバルトディッシング制御剤と、ここで、コバルトディッシング制御剤がアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を有し、（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、研磨組成物は、約３〜約８．５のｐＨを有する。
本発明は、基材を化学機械的に研磨する方法を提供し、方法は、（ｉ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させることを含み、化学機械研磨組成物は、（ａ）研磨粒子と、（ｂ）コバルト腐食防止剤と、（ｃ）コバルトディッシング制御剤と、ここで、コバルトディッシング制御剤がアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を有し、（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、研磨組成物は、約３〜約８．５のｐＨを有し、方法は、更に、（ｉｉ）研磨パッド及び化学機械研磨組成物を基材に対して移動させることと、（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部をすり減らして、基材を研磨することと、を含む。
本発明は、化学機械研磨組成物を提供し、研磨組成物は、（ａ）研磨材粒子と、（ｂ）コバルト腐食防止剤と、（ｃ）コバルトディッシング制御剤と、ここでコバルトディッシング制御剤がアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を有し、（ｄ）コバルトを酸化させる酸化剤と、（ｅ）水と、を含み、研磨組成物は、約３〜約８．５のｐＨを有する。
研磨組成物は、研磨材（即ち、１つ又は複数の研磨材）を含む。研磨材は、粒子の形態の任意の好適な研磨材又は研磨材の組み合わせであることができる。研磨材は、任意の好適な研磨材であってよく、例えば、研磨材は天然又は合成であることができ、金属酸化物、炭化物、窒化物、カーボランダム、ダイヤモンド等を含み得る。研磨材は、ポリマー粒子又は被覆粒子であってもよい。研磨材は、金属酸化物を含むことが望ましく、金属酸化物から本質的に成るか、又は金属酸化物から成ることが望ましい。一般的には、金属酸化物は、シリカ、アルミナ（例えば、アルファアルミナ粒子（即ち、α−アルミナ）、ガンマアルミナ粒子（即ち、γ−アルミナ）、デルタアルミナ粒子（即ち、δ−アルミナ）、又はヒュームドアルミナ粒子）、セリア、ジルコニア、これらの共生成物、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。好ましい実施形態では、研磨粒子は望ましくはアニオン性である。
化学機械研磨組成物は、シリカ研磨材を含むことが好ましい。シリカは、任意の好適なシリカであることができ、例えば、シリカは、湿式法シリカ又はヒュームドシリカであることができる。シリカは、湿式法シリカであることが好ましい。
湿式プロセスシリカは、任意の好適な湿式プロセスシリカであることができる。例えば、湿式法シリカは、縮合重合シリカであることができる。縮合重合シリカ粒子は一般的には、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、コロイドは約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの平均粒子サイズを有するものとして定義される。そのような研磨粒子は、米国特許第５，２３０，８３３号に従って調製することができ、又はAkzo-Nobel Bindzil 50/80製品及びNalco 1050、1060、2327、2329製品などの様々な市販製品のいずれかとしてだけでなく、DuPont、Bayer、Applied Research、日産化学、Fuso、及びClariantから入手可能な他の同様の製品としても得ることができる。
研磨粒子は、任意の好適な表面電荷を有することができる。研磨粒子は、アニオン性研磨粒子であることが好ましい。「アニオン性」とは、研磨粒子が研磨組成物のｐＨにおいて負の表面電荷を有することを意味する。研磨粒子は、研磨組成物のｐＨで自然状態でアニオン性であることができる、又は研磨粒子は、研磨組成物のｐＨにおいて、当業者に公知の任意の方法、例えば、表面金属ドーピング、例えばアルミニウムイオンによるドーピング、若しくは、テザーされた有機酸、テザーされた硫黄系酸、若しくはテザーされたリン系酸で表面処理等、によってアニオン性になることができる。
研磨材は、任意の好適な平均粒子径（即ち、平均粒子径）を有することができる。研磨材は約５ｎｍ以上、例えば、約１０ｎｍ以上、約１５ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約２５ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約３５ｎｍ以上、又は約４０ｎｍ以上、の平均粒子径を有することができる。あるいは、又は更に、研磨材は約１５０ｎｍ以下、例えば、約１４０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ以下、約１２０ｎｍ以下、約１１０ｎｍ以下、又は約１００ｎｍ以下、の平均粒子径を有することができる。従って、研磨材は、上記の終端点のうちの任意の２つによって規定される粒子径の分布内に、最大値を有することができる。例えば、研磨材は、５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１４０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約１３０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１１０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１４０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１３０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１１０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１４０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１３０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約１１０ｎｍ、又は約３５ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒子径を有することができる。球形研磨粒子の場合、粒子のサイズは粒子の直径である。非球形研磨粒子の場合、粒子のサイズは、粒子を包含する最小球の直径である。研磨材の粒子径は、任意の好適な技術を用いて、例えばレーザ回折技術を用いて、測定することができる。適切な粒子径測定機器は、例えばMalvern Instruments（Malvern,UK）から入手可能である。
研磨粒子は、本発明の研磨組成物においてコロイド的に安定であることが好ましい。コロイドという用語は、液体担体（例えば、水）中の粒子の懸濁を指す。コロイド安定性は、その懸濁液を時間にわたって維持することを指す。本発明の状況において、研磨材は、研磨材を１００ｍＬのメスシリンダーに入れ、２時間、動かさずに放置した場合に、メスシリンダー底部の５０ｍＬの粒子濃度（ｇ／ｍＬを単位として［Ｂ］）とメスシリンダー上部５０ｍＬの粒子濃度（ｇ／ｍＬを単位として［Ｔ］）との差を、研磨組成物中の粒子の初期濃度（ｇ／ｍＬを単位として［Ｃ］）で除した値が０．５以下（即ち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）である場合は、コロイド的に安定であると考えられる。より好ましくは、［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は０．３以下であり、最も好ましくは０．１以下である。
研磨組成物は、任意の適切な量の研磨粒子を含むことができる。本発明の研磨用組成物の研磨材が少なすぎると、組成物が十分な研磨速度を示さない場合がある。対照的に、研磨組成物が多すぎる研磨材を含む場合、研磨組成物は望ましくない研磨性能を示し、及び／又は費用対効果が悪く、及び／又は安定性に欠ける可能性がある。研磨組成物は、約１０重量％以下の研磨材、例えば、約９重量％以下、約８重量％以下、約７重量％以下、約６重量％以下、約５重量％以下、約４重量％以下、約３重量％以下、約２重量％以下、約１．５重量％以下、約１重量％以下、約０．９重量％以下、約０．８重量％以下、約０．７重量％以下、約０．６重量％以下、又は、約０．５重量％以下、の研磨材を含むことができる。あるいは、又は更に、研磨組成物は約０．０５重量％以上、例えば、約０．１重量％以上、約０．２重量％以上、約０．３重量％以上、約０．４重量％以上、約０．５重量％以上、又は約１重量％以上、の研磨材を含むことができる。従って、研磨組成物は、上記の終端点の任意の２つにより規定される範囲内で、研磨粒子を含むことができる。例えば、研磨組成物は、約０．０５重量％〜約１０重量％の研磨材、例えば、０．１重量％〜約１０重量％、約０．１重量％〜約９重量％、約０．１重量％〜約８重量％、約０．１重量％〜約７重量％、約０．１重量％〜約６重量％、約０．１重量％〜約５重量％、約０．１重量％〜約４重量％、約０．１重量％〜約３重量％、約０．１重量％〜約２重量％、約０．２重量％〜約２重量％、約０．３重量％〜約２重量％、約０．４重量％〜約２重量％、約０．５重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１．５重量％、約０．２重量％〜約１．５重量％、約０．３重量％〜約１．５重量％、約０．４重量％〜約１．５重量％、約０．５重量％〜約１．５重量％、約０．１重量％〜約１重量％、約０．２重量％〜約１重量％、約０．３重量％〜約１重量％、約０．４重量％〜約１重量％、又は約０．５重量％〜約１重量％、の研磨材を含むことができる。
研磨組成物は、コバルト腐食防止剤を含む。コバルト腐食防止剤は、任意の好適なコバルト腐食防止剤であることができる。一実施形態では、コバルト腐食防止剤は、アニオン性ヘッド基及びＣ８−Ｃ１４脂肪族テール基、例えば、Ｃ８−Ｃ１４アルキル又はＣ８−Ｃ１４アルケニルテール基を含む。アニオン性ヘッド基は、任意の好適なアニオン性ヘッド基であることができる。好ましい実施形態では、コバルト腐食防止剤は、構造、Ｒ−ＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＯＯＨ、（式中、ＣＯＮ（ＣＨ ３ ）ＣＨ２ＣＯＯＨはヘッド基を形成し、Ｒはテール基を形成する）を有するサルコシン誘導体を含む。Ｒ基は、一般的にはＣ９−Ｃ１３脂肪族基であり、及びＣ８−Ｃ１３アルキル基、又はＣ８−Ｃ１３アルケニル基であることができ、例えば、Ｃ８アルキル基、Ｃ９アルキル基、Ｃ１０アルキル基、Ｃ１１アルキル基、Ｃ１２アルキル基、Ｃ１３アルキル基、Ｃ８アルケニル基、Ｃ９アルケニル基、Ｃ１０アルケニル基、Ｃ１１アルケニル基、Ｃ１２アルケニル基、又はＣ１３アルケニル基である。コバルト腐食防止剤がサルコシン誘導体である好ましい実施形態では、テール基の従来の命名には、炭素数を数えるために、Ｒ基が結合しているカルボニルを含む。従って、Ｃ１２サルコシネートは、ラウロイルサルコシネートを意味する。テール基がテール基の末端にない二重結合を有するアルケニル基である場合、アルケニル基はＥ立体配置又はＺ立体配置を有することができ、又はＥ異性体とＺ異性体との混合物であることができる。コバルト腐食防止剤は、単一の化合物であってもよく、又はアニオン性ヘッド基及びＣ８−Ｃ２０脂肪族テール基を有する２種以上の化合物の混合物であってもよく、又はＣ７−Ｃ１９脂肪族Ｒ基を有する本明細書に記載の２種以上のサルコシン誘導体の混合物であってもよい。但し、化合物の約７５重量％以上（例えば、約８０重量％以上、約８５重量％以上、約９０重量％以上、又は約９５重量％以上）は、アニオン性ヘッド基及びＣ１０−Ｃ１４脂肪族テール基を含む、又はＣ９−Ｃ１３脂肪族Ｒ基を有するサルコシン誘導体である。
研磨組成物は、任意の適切な量のコバルト腐食防止剤を含み得る。研磨組成物は、約１ｐｐｍ以上、例えば、約５ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約２０ｐｐｍ以上、約３０ｐｐｍ以上、約４０ｐｐｍ以上、又は５０ｐｐｍ以上、のコバルト腐食防止剤を含み得る。あるいは、又は更に、研磨組成物は、約１０００ｐｐｍ以下、例えば、約９００ｐｐｍ以下、約８００ｐｐｍ以下、約７００ｐｐｍ以下、約６００ｐｐｍ以下、約５００ｐｐｍ以下、約４００ｐｐｍ以下、約３００ｐｐｍ以下、又は２００ｐｐｍ以下、のコバルト腐食防止剤を含み得る。従って、研磨組成物は、上記の終端点の任意の２つにより規定される範囲内で、コバルト腐食防止剤を含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約９００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約７００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約６００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、又は約５０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍのコバルト腐食防止剤を含み得る。
研磨組成物は、コバルトディッシング制御剤を含む。コバルトディッシング制御剤は、任意の好適なコバルトディッシング制御剤であることができる。一実施形態では、コバルトディッシング制御剤は、アニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族基、例えばＣ１３−Ｃ２０アルキル基又はＣ１３−Ｃ２０アルケニルテール基を含む。コバルトディッシング制御剤は、アニオン性ヘッド基及びＣ１５−Ｃ１８脂肪族テール基を含むことが好ましい。アニオン性ヘッド基は、任意の好適なアニオン性ヘッド基であることができる。好ましい実施形態において、アニオン性ヘッド基は、構造、Ｒ−ＣＯＮ（ＣＨ ３）ＣＨ２ＣＯＯＨ、（式中、ＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＯＯＨはヘッド基を形成し、Ｒはテール基を形成する）を有するサルコシン誘導体を含む。Ｒ基は、一般的にはＣ１３−Ｃ２０脂肪族基であり、Ｃ１３アルキル基、Ｃ１４アルキル基、Ｃ１５アルキル基、Ｃ１６アルキル基、Ｃ１７アルキル基、Ｃ１８アルキル基、Ｃ１９アルキル基、Ｃ２０アルキル基、Ｃ１３アルケニル基、Ｃ１４アルケニル基、Ｃ１５アルケニル基、Ｃ１６アルケニル基、Ｃ１７アルケニル基、Ｃ１８アルケニル基、Ｃ１９アルケニル基、又は、Ｃ２０アルケニル基であることができる。Ｒ基は、Ｃ１５−Ｃ１７脂肪族基であることが好ましい。コバルトディッシング制御剤がサルコシン誘導体である好ましい実施形態では、テール基の従来の命名には、炭素数を数えるために、Ｒ基が結合しているカルボニルを含む。従って、Ｃ１８サルコシネートは、例えば、ステアロイルサルコシネート又はオレオイルサルコシネートを指す。テール基がテール基の末端にない二重結合を有するアルケニル基である場合、アルケニル基は、Ｅ立体配置、Ｚ立体配置を有することができ、又はＥ異性体とＺ異性体との混合物であることができる。コバルトディッシング制御剤は、単一の化合物であってもよく、又はアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０アルキル若しくはＣ１３−Ｃ２０アルケニルテール基を有する２つ以上の化合物の混合物であってもよい。
別の実施形態において、アニオン性ヘッド基は、ジフェニルオキシドジスルホネート基を含む。適切なジフェニルオキシドジスルホネート含有コバルトディッシング制御剤の例は、式、
（式中、Ｒは、Ｃ１３−Ｃ２０脂肪族テール基、好ましくはＣ１６−Ｃ１８脂肪族テール基である）の化合物である。
研磨組成物は、任意の適切な量のコバルトディッシング制御剤を含み得る。研磨組成物は、約１ｐｐｍ以上、例えば、約５ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約１４ｐｐｍ以上、約２０ｐｐｍ以上、又は約２５ｐｐｍ以上、のコバルトディッシング制御剤を含み得る。あるいは、又は更に、研磨組成物は、約１００ｐｐｍ以下、例えば、約９５ｐｐｍ以下、約９０ｐｐｍ以下、約８５ｐｐｍ以下、約８０ｐｐｍ以下、約７５ｐｐｍ以下、約７０ｐｐｍ以下、約６５ｐｐｍ以下、約６０ｐｐｍ以下、約５５ｐｐｍ以下、又は約５０ｐｐｍ以下、のコバルトディッシング制御剤を含み得る。従って、研磨組成物は、上記の終端点の任意の２つにより規定される範囲内で、コバルト腐食防止剤を含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約９５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約９０ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約８５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約８０ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約７５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約７０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約９５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約９０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約８５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約８０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約７５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約７０ｐｐｍ、又は約２５ｐｐｍ〜約７５ｐｐｍのコバルトディッシング制御剤を含み得る。
研磨組成物のｐＨに依存して、前述のサルコシン誘導体又はジフェニルオキシドジスルホネートは、塩（例えば、金属塩、アンモニウム塩等）、酸の形態で、又は酸とその塩との混合物として存在しうることが、明らかである。サルコシン誘導体又はジフェニルオキシドジスルホネートの酸又は塩の形態又はそれらの混合物は、研磨用組成物の調製に用いるのに適している。
研磨組成物は、必要に応じて更にコバルト促進剤を含む。コバルトを含む基材を研磨するために研磨組成物を使用する場合、コバルト促進剤は、コバルトの除去速度を高める任意の好適な化合物であることができる。コバルト促進剤は、式、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３、（式中、Ｒ１,、Ｒ２及びＲ３は、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、ここで、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の中のいずれも水素ではない、又はＲ１、Ｒ２及びＲ３の中の１つが水素である）を有する化合物、ジカルボキシ複素環、ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸、Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸、非置換複素環、アルキル置換複素環、置換アルキル置換複素環、Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸、及びそれらの組み合わせ、から選択されることができる。
コバルト促進剤は、本明細書に列挙される化合物の類から選択される任意の好適なコバルト促進剤であることができる。好ましい実施形態において、コバルト促進剤は、イミノ二酢酸、２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、ビシン、ピコリン酸、ジピコリン酸、ヒスチジン、［（２−アミノ−２−オキソエチル）アミノ］酢酸、イミダゾール、Ｎ−メチルイミダゾール、リジン、又はそれらの組み合わせである。
コバルト促進剤は任意の好適な濃度で研磨組成物中に存在することができる。一般的には、コバルト促進剤は、５ｍＭ以上、例えば、約１０ｍＭ以上、約１５ｍＭ以上、約２０ｍＭ以上、約２５ｍＭ以上、約３０ｍＭ以上、約３５ｍＭ以上、約４０ｍＭ以上、約４５ｍＭ以上、又は約５０ｍＭ以上、の濃度で研磨組成物中に存在し得る。あるいは、又は更に、コバルト促進剤は、１００ｍＭ以下、例えば、約９５ｍＭ以下、約９０ｍＭ以下、約８５ｍＭ以下、約８０ｍＭ以下、約７５ｍＭ以下、約７０ｍＭ以下、約６５ｍＭ以下、又は約６０ｍＭ以下、の濃度で研磨組成物中に存在し得る。従って、コバルト促進剤は、上記の終端点のうち任意の２つにより規定される濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、コバルト促進剤は、約５ｍＭ〜約１００ｍＭ、例えば、約５ｍＭ〜約９０ｍＭ、約５ｍＭ〜約８０ｍＭ、約５ｍＭ〜約７０ｍＭ、約５ｍＭ〜約６０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約１０ｍＭ〜約９０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約８０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約７０ｍＭ、約１０ｍＭ〜約６０ｍＭ、約２０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約２０ｍＭ〜約９０ｍＭ、約２０ｍＭ〜約８０ｍＭ、約２０ｍＭ〜約７０ｍＭ、又は約２０ｍＭ〜約６０ｍＭ、の濃度で研磨組成物中に存在し得る。
研磨組成物は、遷移金属を酸化させる酸化剤を含む。酸化剤は、コバルトを酸化させることが好ましい。酸化剤は、コバルトを酸化させるのに十分な大きさの酸化電位を、研磨組成物のｐＨで有する任意の好適な酸化剤であることができる。好ましい実施形態では、酸化剤は過酸化水素である。
研磨組成物は、任意の好適な量の酸化剤を含み得る。研磨組成物は、１０重量％以下（例えば、約８重量％以下、約６重量％以下、約４重量％以下、約２重量％以下、約１重量％以下、又は約０．５重量％以下）の過酸化水素を含むことが好ましい。
研磨組成物は、任意の好適なｐＨを有し得る。一般的に、研磨組成物は、３以上、例えば、約３．５以上、約４以上、約４．５以上、約５以上、約５．５以上、約６以上、約６．５以上、又は約７以上、のｐＨを有し得る。あるいは、又は更に、研磨組成物は、８．５以下、例えば、約８．４以下、約８．３以下、約８．２以下、約８．１以下、又は約８以下、のｐＨを有し得る。従って、研磨組成物は、研磨組成物用に列挙された上記の終端点のうちの任意の２つにより規定されるｐＨを有し得る。例えば、研磨組成物は、約３〜約８．５、例えば、約３．５〜約８．５、約４〜約８．５、約４．５〜約８．５、約５〜約８．５、約５．５〜約８．５、約６〜約８．５、約６．５〜約８．５、約６．５〜約８．４、約６．５〜約８．３、約６．５〜約８．２、約６．５〜約８．１、又は約６．５〜約８、のｐＨを有し得る。
研磨組成物のｐＨは、任意の好適な酸又は塩基を用いて調節されることができる。適切な酸の非限定的な例としては、硝酸、硫酸、リン酸、及び酢酸などの有機酸を挙げることができる。適切な塩基の非限定的な例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化アンモニウムを挙げることができる。
化学機械研磨組成物は、必要に応じて、１つ又は複数の添加剤を更に含む。例示の添加剤は、コンディショナー、酸（例えば、スルホン酸）、錯化剤（例えばアニオン性ポリマー錯化剤）、キレート剤、殺生物剤、スケール抑制剤、分散剤等を含む。
殺生物剤は、存在する場合、任意の好適な殺生物剤であることができ、任意の適切な量で研磨組成物中に存在することができる。適切な殺生物剤は、イソチアゾリノン殺生物剤である。研磨組成物中の殺生剤の量は、存一般的には、約１〜約５０ｐｐｍ、好ましくは約１０〜約４０ｐｐｍ、より好ましくは約２０〜約３０ｐｐｍである。
任意の好適な技術によって、研磨用組成物を調製することができ、その多くは当業者に公知である。研磨組成物を、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、研磨組成物は、任意の順序でその成分を組み合わせることによって調製され得る。本明細書で使用する用語「成分」は、個々の成分（例えば、研磨材、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、酸化剤、必要に応じてコバルト促進剤、必要に応じてｐＨ調整剤等）、及び、成分の任意の組み合わせ（例えば、研磨材、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、酸化剤、必要に応じてコバルト促進剤、必要に応じてｐＨ調整剤等）を含む。
例えば、研磨材を水に分散させることができる。次いで、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、及び必要に応じてコバルト促進剤を、研磨組成物に成分を組み込むことができる任意の方法によって添加し、混合することができる。酸化剤を、研磨用組成物の調製中の任意の時点で、添加することができる。使用直前に（例えば、使用前約１分以内、又は使用前約１時間以内に、使用前約７日以内、又は使用前約１４日以内に）、１つ又は複数の成分、例えば酸化剤等を研磨組成物に加えて、使用する前に研磨組成物を調製することができる。研磨用組成物を、研磨工程中に、基材の表面で成分を混合することによって調製することもできる。
研磨組成物を、研磨材、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、酸化剤、必要に応じてコバルト促進剤、必要に応じてｐＨ調整剤、及び水を含む、ワンパッケージシステムとして供給することができる。あるいは、研磨材は、第１の容器内に水への分散液として供給され、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、必要に応じてコバルト促進剤、必要に応じてｐＨ調整剤は、乾燥形態で、又は水溶液若しくは水中の分散剤としての形態のいずれかで、第２の容器に供給され得る。酸化剤は、研磨組成物の他の成分とは別に供給されることが、並びに、例えば、エンドユーザによって、使用の直前（例えば、使用前２週間以内、又は使用前１週間以内、使用前１日以内、使用１時間以内、使用前１０分以内、又は使用前１分以内）に、研磨組成物の他の成分と混合されることが望ましい。第１の又は第２の容器中の成分は、乾燥形態であってもよく、一方、他の容器中の成分は水性分散液の形態であってもよい。更に、第１の及び第２の容器中の成分は、異なるｐＨ値を有すること、又は実質的に類似、若しくは全く等しいｐＨ値を有することが適切である。別の２つの容器、又は３つ以上の容器の研磨組成物の成分の組み合わせは、当業者の知識の範囲内である。
本発明の研磨組成物はまた、使用前に適切な量の水で希釈されることを意図した濃縮物として、提供することができる。このような実施形態において、研磨組成物濃縮物は、研磨材、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、必要に応じてコバルト促進剤、及び必要に応じてｐＨ調整剤を、酸化剤の有無にかかわらず、適切な量の水で濃縮物を希釈するにあたり、酸化剤がまだ適切な量で存在していない場合には、研磨組成物の各成分が、それぞれの成分について上述した適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在するであろう量で含むことができる。例えば、研磨材、コバルト腐食防止剤、コバルトディッシング制御剤、必要に応じてコバルト促進剤、必要に応じてｐＨ調整剤は、上記のそれぞれの成分の濃度の約２倍（例えば、約３倍、約４倍、又は約５倍）より高い量の濃度で、研磨組成物中に存在し得る。この結果、適切な量の酸化剤と共に、濃縮物を等量（例えば、それぞれ、２倍等量の水、３倍等量の水、４倍等量の水）で希釈する場合に、各成分が研磨組成物中に、各成分の上記範囲内の量で存在する。更に、当業者によって理解されるように、濃縮物は、他の成分が少なくとも部分的に又は完全に濃縮物中に溶解できるように、最終的な研磨用組成物中に存在する水の適切な割合を含有することができる。
本発明はまた、基材を化学機械的に研磨する方法を提供し、方法は、（ｉ）本明細書に記載のように、基材を、研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させることと、（ｉｉ）研磨パッドと基材との間の化学機械研磨組成物と共に、研磨パッドを基材に対して移動させることと、（ｉｉｉ）基材を研磨するために基材の少なくとも一部をすり減らすことと、を含む。
本発明の方法を用いて研磨される基材は、任意の好適な基材、特にコバルトを含有する基材とすることができる。好ましい基材は、特に、コバルトを具備する、本質的にコバルトから成る、又はコバルトから成る、研磨する少なくとも１つの層、特に露出層を備え、コバルトの少なくとも一部がすり減らされ（即ち、取り除かれ）、基材を研磨する。特に好適な基材は、半導体産業で使用されるウェーハを含むが、これらに限定されない。ウェーハは、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合材、金属合金、低誘電材料、又はそれらの組み合わせを、典型的に含む、又は、それらから成る。好ましい実施形態において、ウェーハは、コバルトが充填された基材の表面にエッチングされた回路トレースのパターンを具備する。本発明の方法はまた、ガスタービン及びジェット航空機エンジン用のタービンブレード、整形外科用インプラント、例えば、股関節及び膝関節置換の補綴部品、歯科用補綴物、高速度鋼削孔ビット、及び永久磁石に有用な、コバルト及びコバルト合金を含む基材を研磨するためにも有用である。
本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置との併用に、特に適している。一般的に、装置は、使用時に、動作して軌道状、直線状、又は円状の動作から生じる速度を有するプラテン、プラテンと接触して動作時にプラテンと共に移動する研磨パッド、及び研磨される基材を研磨パッドの表面に対して接触し移動することにより基材を保持するキャリアを具備する。基材の研磨は、基材を研磨パッド及び本発明の研磨組成物と接触するように配置し、次に、基材の少なくとも一部をすり減らして基材を研磨するように、研磨パッドが基材に対して移動して基材を研磨することにより行われる。
（例えば、表面を研磨する）任意の好適な研磨パッドを用いて、化学機械研磨組成物で基材を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、織布及び不織布研磨パッドを挙げることができる。更に、適切な研磨パッドは、密度、硬度、厚み、圧縮率、圧縮時に反発する能力、及び圧縮弾性率が変化する任意の好適なポリマーを含むことができる。適切なポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、フッ化ポリビニリデン、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、ポリイソシアヌレート、それらの共生成物、及びそれらの混合物を挙げることができる。
望ましくは、ＣＭＰ装置は、その場での研磨終点検出システムを更に備え、その多くは当該技術分野において公知である。ワークの表面から反射された光又は他の放射を分析することによって研磨プロセスを検査及び監視する技術は、当該技術分野において公知である。このような方法は、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、及び米国特許第５，９６４，６４３号に記載されている。望ましくは、研磨されているワークに対する研磨プロセスの進行の検査又はモニタリングにより、研磨終点の決定、即ち、特定のワークに対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。
多くの点で、例えば、基材の除去速度、ディッシング、及びエロージョン等の観点で、化学機械研磨プロセスを特徴付けることができる。
基材の除去速度は、任意の好適な技術を用いて測定することができる。基材の除去速度を測定するのに適した技術の例は、本発明の研磨方法を使用する前後で基材を秤量して、研磨時間単位当たりの除去される基材の量を測定することを含み、これは、研磨時間単位当たりの除去される基材の厚みの観点から除去速度と関連付けることができ、更に、本発明の研磨方法を使用する前後で基材の厚みを測定し、研磨時間単位当たりの基材の除去速度を直接測定すること、を含む。
ディッシング及びエロージョンは、任意の好適な技術を用いて測定され得る。ディッシング及びエロージョンを測定するための適切な技術の例としては、走査形電子顕微鏡法、スタイラスプロファイリング、及び原子間力顕微鏡法を挙げることができる。Veeco（Plainview,NY）のDimension Atomic Force Profiler（ＡＦＰ（商標））を用いて原子間力顕微鏡法を実施することができる。
いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、アニオン性界面活性剤はカチオン性コバルト基材上に集まるが、結合サイトのアニオン性速度促進剤と競合すると考えられる。コバルトが除去され、下にある酸化シリコンが露出すると、露出したコバルトの表面積が減少するので、コバルト上のアニオン性界面活性剤の相対表面濃度が増加する。長鎖アニオン性界面活性剤（即ち、Ｃ１３−Ｃ２０脂肪族ディッシング制御剤）は、最初にトレンチの内のコバルトに留まり、短鎖界面活性剤（すなわち、Ｃ９［7]−Ｃ１４脂肪族コバルト腐食防止剤）をコバルト表面上に、別のやり方で長鎖アニオン界面活性剤の非存在下で生じるよりも、より迅速に集めて、まとめて包むことを可能にする、と考えられる。コバルト表面上のコバルト腐食防止剤及びコバルトディッシング制御剤の濃度が増加すると、化学的手段（存在するならば、腐食を抑制、及びコバルト促進剤を抑制）及び機械的手段（すり減らすことからの保護）の両方によってコバルト除去が抑制されると考えられる。結果として、除去される対象物からのコバルト除去が効果的に遅くなり、その結果、ディッシング性能が改善される。
本発明は、以下の実施形態によって例示される。
実施形態１． 化学機械研磨組成物であって、研磨組成物は
（ａ） 研磨粒子と、
（ｂ） コバルト腐食防止剤と、
（ｃ） コバルトディッシング制御剤と、ここで、コバルトディッシング制御剤はアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を含み、
（ｄ） コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ） 水と、を含み、
研磨組成物は、約３〜約８．５の範囲のｐＨを有する、研磨組成物。
２． 研磨組成物が約０．１重量％〜約２重量％の研磨粒子を含む、実施形態１に記載の研磨組成物。
３． コバルト腐食防止剤が、アニオン性ヘッド基及びＣ８−Ｃ１４脂肪族テール基を含む、実施形態１又は２に記載の研磨組成物。
４． コバルト腐食防止剤が、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ８−Ｃ１３脂肪族基である）を有する、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の研磨組成物。
５． 研磨組成物が、約５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍのコバルト腐食防止剤を含む、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の研磨組成物。
６． コバルトディッシング制御剤が、アニオン性ヘッド基及びＣ１５−Ｃ１８脂肪族テール基を含む、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の研磨組成物。
７． コバルトディッシング制御剤が、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ１５−Ｃ１７脂肪族基であり、又はＣ１６−Ｃ１８アルキルジフェニルオキシドジスルホネートである）を有する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の研磨組成物。
８． 研磨組成物が約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍのコバルトディッシング制御剤を含む、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の研磨組成物。
９． 研磨組成物は、式、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３、（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、ここで、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の中のいずれも水素ではない、又はＲ１、Ｒ２及びＲ３の中の１つが水素である）を有する化合物、ジカルボキシ複素環、ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸、Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸、非置換複素環、アルキル置換複素環、置換アルキル置換複素環、Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸、及びそれらの組み合わせ、から選択されるコバルト促進剤を更に含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の研磨組成物。
１０． 酸化剤は、過酸化水素である、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の研磨組成物。
１１． 基材を化学機械的に研磨する方法であって、方法は、
（ｉ） 基材を研磨パッド及び実施形態１〜１０に記載のいずれか１つに記載の化学機械研磨組成物と接触させることと、
（ｉｉ） 研磨パッド及び化学機械研磨組成物を基材に対して移動させることと、
（ｉｉｉ） 基材の少なくとも一部をすり減らして基材を研磨すること、を含む。
１２． 基材は、コバルトを含み、コバルトの少なくとも一部がすり減らされて基材を研磨する、実施形態１１に記載の方法。
１３． 基材は、半導体デバイスを具備する、実施形態１１又は１２に記載の方法。
実施形態１． 化学機械研磨組成物であって、研磨組成物は
（ａ） 研磨粒子と、
（ｂ） コバルト腐食防止剤と、
（ｃ） コバルトディッシング制御剤と、ここで、コバルトディッシング制御剤はアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を含み、
（ｄ） コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ） 水と、を含み、
研磨組成物は、約３〜約８．５の範囲のｐＨを有する、研磨組成物。
２． 研磨組成物が約０．１重量％〜約２重量％の研磨粒子を含む、実施形態１に記載の研磨組成物。
３． コバルト腐食防止剤が、アニオン性ヘッド基及びＣ８−Ｃ１４脂肪族テール基を含む、実施形態１又は２に記載の研磨組成物。
４． コバルト腐食防止剤が、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ８−Ｃ１３脂肪族基である）を有する、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の研磨組成物。
５． 研磨組成物が、約５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍのコバルト腐食防止剤を含む、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の研磨組成物。
６． コバルトディッシング制御剤が、アニオン性ヘッド基及びＣ１５−Ｃ１８脂肪族テール基を含む、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の研磨組成物。
７． コバルトディッシング制御剤が、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ１５−Ｃ１７脂肪族基であり、又はＣ１６−Ｃ１８アルキルジフェニルオキシドジスルホネートである）を有する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の研磨組成物。
８． 研磨組成物が約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍのコバルトディッシング制御剤を含む、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の研磨組成物。
９． 研磨組成物は、式、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３、（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、ここで、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の中のいずれも水素ではない、又はＲ１、Ｒ２及びＲ３の中の１つが水素である）を有する化合物、ジカルボキシ複素環、ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸、Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸、非置換複素環、アルキル置換複素環、置換アルキル置換複素環、Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸、及びそれらの組み合わせ、から選択されるコバルト促進剤を更に含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の研磨組成物。
１０． 酸化剤は、過酸化水素である、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の研磨組成物。
１１． 基材を化学機械的に研磨する方法であって、方法は、
（ｉ） 基材を研磨パッド及び実施形態１〜１０に記載のいずれか１つに記載の化学機械研磨組成物と接触させることと、
（ｉｉ） 研磨パッド及び化学機械研磨組成物を基材に対して移動させることと、
（ｉｉｉ） 基材の少なくとも一部をすり減らして基材を研磨すること、を含む。
１２． 基材は、コバルトを含み、コバルトの少なくとも一部がすり減らされて基材を研磨する、実施形態１１に記載の方法。
１３． 基材は、半導体デバイスを具備する、実施形態１１又は１２に記載の方法。
以下の実施例は本発明を更に例示するが、言うまでもなく、その範囲を何ら限定するものとして解釈されるべきではない。
実施例１
この実施例は、本発明の実施形態に係わるコバルト腐食防止剤を含有する研磨組成物及びコバルトディッシング制御剤によって示されるパターニングされたウェーハ上のブランケットコバルト除去速度を示す。
この実施例は、本発明の実施形態に係わるコバルト腐食防止剤を含有する研磨組成物及びコバルトディッシング制御剤によって示されるパターニングされたウェーハ上のブランケットコバルト除去速度を示す。
パターニングされた酸化シリコン基材上にコバルトの層を含むパターニングされた基材は、５つの異なる研磨組成物、研磨組成物１Ａ〜１Ｅで研磨された。基材は、幅５０μｍ、長さ５０μｍのパターン形状を備えていた。各研磨組成物１Ａ〜１Ｅは、ｐＨ７．５の水に、０．５重量％の平均粒子径７０ｎｍの湿式法シリカ（Fuso Chemical Co.Japan）、０．６重量％のイミノ二酢酸、０．０４重量％のビス−トリス緩衝液、０．５重量％の過酸化水素、及び３１ｐｐｍのKordek殺生物剤を、含有した。研磨組成物１Ａ〜１Ｅの各々はまた、ＴＳＦ−２０がＣ１６−アルキルジフェニルオキシドジスルホネートコバルトディッシング制御剤である表１Ａに記載の量の特定のコバルト腐食防止剤及び／又はコバルトディッシング制御剤を含有した。
基材は３組の異なる研磨条件下、（ａ）１０．３ｋＰａの下方力で２０秒、（ｂ）１０．３ｋＰａの下方力で１０秒、（ｃ）２０．７ｋＰａの下方力で１０秒、で研磨された。基材はまた、表面からコバルトが無くなるまでプラス５秒間、２０．７ｋＰａの下方力で研磨された。
研磨に続き、１０秒間及び２０秒間研磨された基材のコバルトの除去速度が測定された。表面からコバルトが無くなるまで研磨された基材について、除去する時間に加えて５秒間の時間を測定した。結果を、表１Ｂに示す。
表１に示された結果から明らかなように、２０．７ｋＰａの下方力でのコバルト除去速度は、本発明及び比較の研磨組成物間でほぼ同等であり、研磨組成物１Ａで観測された除去速度と比べて、研磨組成物１Ｃ及び１Ｄで観測された除去速度はそれぞれ約９２％と９４％であった。除去する時間に加えて５秒間の時間も、研磨組成物間で同様であった。
実施例２
この実施例は、本発明の実施形態に係わるコバルト腐食防止剤を含有する研磨組成物及びコバルトディッシング制御剤によって示されるコバルトで被覆されパターニングされたウェーハ上で観察されるディッシングの効果を示す。
この実施例は、本発明の実施形態に係わるコバルト腐食防止剤を含有する研磨組成物及びコバルトディッシング制御剤によって示されるコバルトで被覆されパターニングされたウェーハ上で観察されるディッシングの効果を示す。
パターニングされた酸化シリコン基材上にコバルトの層を具備するパターニングされた基材は、実施例１に記載されたように、５つの異なる研磨組成物、研磨組成物１Ａ〜１Ｅで研磨された。基材は、幅５０μｍ、長さ５０μｍのパターン形状を備えていた。各研磨組成物１Ａ〜１Ｅを使用して、２０．７ｋＰａの下方力で１つのパターニングされた基材を終端点プラス５秒まで研磨し、第２のパターニング基材を２０．７ｋＰａの下方力で終端点マイナス２０％の時間、研磨した。
研磨に続き、各々の基材について、基材の中央中心位置でディッシングを測定した。結果を、表２に示す。
表２に示す結果から明らかなように、Ｃ１２及びＣ１４アルキルテール基を有するＮ−ラウロイルサルコシン及びＮ−ココイルサルコシンをそれぞれ８００ｐｐｍ含有する研磨組成物１Ａ及び１Ｅを使用した場合、パターニングされた基材の５０μｍ×５０μｍのトレンチライン内のコバルトの全てが損失した。１０００ｐｐｍのＮ−ラウロイルサルコシンを含有する研磨組成物１Ｂを使用した場合、８００ｐｐｍのＮ−ラウロイルサルコシンを含有する研磨組成物１Ａと比較して、ディッシングは低減した。しかしながら、エネルギー分散型Ｘ線分光法は、コバルトが基材表面上の酸化シリコンの対象物から完全には除去されなかったことを示した。８００μＭのＮ−ラウロイルサルコシンと１０ｐｐｍのＴＳＦ−２０（即ち、Ｃ１６−アルキルジフェニルオキシドジスルホネート コバルトディッシング制御剤）の組み合わせを含有する研磨組成物１Ｃを使用した場合に生じるディッシングは、研磨組成物１Ｂを使用した結果生じた、終端点プラス５秒におけるディッシングの約７２％であり、及び終端点マイナス２０％におけるディッシングの約７０％であった。８００μＭのＮ−ラウロイルサルコシンと１０ｐｐｍのＮ−オレオイルサルコシン（即ち、Ｃ１８−アルキルサルコシン コバルトディッシング制御剤）との組み合わせを含有する研磨組成物１Ｄを使用した場合に生じるディッシングは、研磨組成物１Ｂを使用した結果生じた、終端点プラス５秒におけるディッシングの約５６％であり、終端点マイナス２０％におけるディッシングの約７９％であった。研磨組成物１Ｄを使用した結果生じたディッシングは、研磨時間の増加と共に減少した。
実施例３
この実施例は、本発明の実施形態に係わるコバルト腐食防止剤を含有する研磨組成物及びコバルトディッシング制御剤によって示される、コバルトで被覆されパターニングされたウェーハ上で観察されるディッシングの効果を示す。
この実施例は、本発明の実施形態に係わるコバルト腐食防止剤を含有する研磨組成物及びコバルトディッシング制御剤によって示される、コバルトで被覆されパターニングされたウェーハ上で観察されるディッシングの効果を示す。
パターニングされた酸化シリコン基材上にコバルトの層を含むパターニングされた基材は、５つの異なる研磨組成物、研磨組成物３Ａ〜３Ｆで研磨された。全ての研磨組成物は、０．５重量％の平均粒径７０ｎｍの湿式法シリカ（Fuso Chemical Co. Japan）、０．６重量％のイミノ二酢酸、０．５重量％の過酸化水素、及び３１ｐｐｍのKordek MLX殺生物剤を、ｐＨ７．５の水に含有した。研磨組成物３Ａ〜３Ｆは更に、表３に示す量の添加剤を含有した。
基材は、幅５０μｍ、長さ５０μｍのパターン形状を備えていた。各研磨組成物３Ａ〜３Ｆを使用して、１枚のパターニングされた基材を１０．３ｋＰａの下方力で終端点プラス５秒まで研磨した。
研磨に続き、各々の基材について、基材の中央中心位置でディッシングを測定した。結果を、表３に示す。
表３に示す結果から明らかなように、８００μＭのＮ−ラウロイルサルコシン及び２０ｐｐｍのＮ−オレオイルサルコシンを含有する研磨組成物３Ｃを使用した場合に生じるディッシングは、１０００μＭのＮ−ラウロイルサルコシンを含有する研磨組成物３Ａを使用した結果生じたディッシングの約８１％であった。研磨組成物３Ｃを使用した場合に生じるディッシングは、８００μＭのＮ−ラウロイルサルコシンを含有する研磨組成物３Ｂを使用した結果生じたディッシングの約５５％であった。２０ｐｐｍのＮ−オレオイルサルコシン及び２０ｐｐｍのＴＳＦ−２０をそれぞれ含み、Ｎ−ラウロイルサルコシンを含有しない研磨組成物３Ｅ及び３Ｆを使用した場合に生じるディッシングは、研磨組成物３Ｂを使用した結果生じたディッシングとほぼ同じであった。
本明細書で引用された刊行物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が個別に、及び具体的に参照により組み入れられるように示され、その全体が本明細書に記載されているのと同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
（特に添付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用語「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」及び「ａｔ ｌｅａｓｔ one」並びに同様の指示対象の使用は、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数形及び複数形の両方を包含するものと解釈されるべきである。「少なくとも１つ」という用語に続く１つ又は複数の項目のリスト（例えば、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書中に別段の指示がない限り、又は文脈と明らかに矛盾しない限り、リストされた項目（Ａ又はＢ）から選択された１つの項目、又は２つ以上のリストされた項目（Ａ及びＢ）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。「具備する」、「有する」、「含む」及び「含有する」という用語は、別段の記載がない限り、制限のない用語（即ち、「含むが、これに限定されない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書中の値の範囲の列挙は、本明細書中で特に指示のない限り、単に範囲内の各別個の値を個別に指す簡略方法として役立つことを意図しているに過ぎず、それぞれの別個の値は、本明細書中に個別に列挙されているかのように、本明細書中に盛り込まれる。本明細書中に記載される全ての方法は、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実施され得る。本明細書で提供される任意の及び全ての例、又は例示的な用語（例えば、「のような」など）の使用は、単に本発明をよりよく示す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の任意の主張する要素を示すものとして、解釈されるべきである。
本発明を実施するために本発明者らに周知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態を本明細書に記載する。これらの好ましい実施形態の変形は、上記の説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。本発明者らは、当業者がこのような変形を適切に使用す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ものとは別の方法で実施されることを意図する。従って、本発明は、適用法によって許容されるように、添付の特許請求の範囲に記載された主題の全ての改変及び同等物を含む。更に、本明細書中で特に指示のない限り、又は文脈によって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述の要素の任意の組み合わせが本発明に包含される。
Claims (20)
- 化学機械研磨組成物であって、前記研磨組成物は、
（ａ） 研磨粒子と、
（ｂ） アニオン性ヘッド基及びＣ ８ −Ｃ １４ 脂肪族テール基を含むコバルト腐食防止剤と、
（ｃ） コバルトディッシング制御剤と、ここで、前記コバルトディッシング制御剤はアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を含み、
（ｄ） コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ） 水と、を含み、
前記研磨組成物は、３〜８．５のｐＨを有する、研磨組成物。 - 前記研磨組成物は、０．１重量％〜２重量％の研磨粒子を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト腐食防止剤は、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ ２ ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ８−Ｃ１３脂肪族基である）を有する、請求項１又は２に記載の研磨組成物。
- 前記研磨組成物は、５０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの前記コバルト腐食防止剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨組成物。
- 前記コバルトディッシング制御剤は、アニオン性ヘッド基及びＣ１５−Ｃ１８脂肪族テール基を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨組成物。
- 前記コバルトディッシング制御剤は、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ ２ ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ１５−Ｃ１７脂肪族基）を有するか、又はＣ１６−Ｃ１８アルキルジフェニルオキシドジスルホネートである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨組成物。
- 前記研磨組成物は、５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの前記コバルトディッシング制御剤を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨組成物。
- 前記研磨組成物は、式、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３、（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、ここで、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の中のいずれも水素ではない、又はＲ１、Ｒ２及びＲ３の中の１つが水素である）を有する化合物、ジカルボキシ複素環、ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸、Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸、非置換複素環、アルキル置換複素環、置換アルキル置換複素環、Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸、及びそれらの組み合わせ、から選択されるコバルト促進剤を、更に含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤は、過酸化水素である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の研磨組成物。
- 基材を化学機械的に研磨する方法であって、前記方法は、
（ｉ） 基材を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させることを含み、前記研磨組成物は、
（ａ） 研磨粒子と、
（ｂ） アニオン性ヘッド基及びＣ ８ −Ｃ １４ 脂肪族テール基を含むコバルト腐食防止剤と、
（ｃ） コバルトディッシング制御剤と、ここで、前記コバルトディッシング制御剤はアニオン性ヘッド基及びＣ１３−Ｃ２０脂肪族テール基を含み、
（ｄ） コバルトを酸化させる酸化剤と、
（ｅ） 水と、を含み、
前記研磨組成物は、３〜８．５のｐＨを有し、前記方法は、更に、
（ｉｉ） 前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を前記基材に対して移動させることと、
（ｉｉｉ） 前記基材の少なくとも一部をすり減らして前記基材を研磨することと、を含む方法。 - 前記研磨組成物は、０．１重量％〜２重量％の研磨粒子を含む、請求項１０に記載の方法。
- 前記コバルト腐食防止剤は、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ ２ ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ８−Ｃ１３脂肪族基である）を有する、請求項１０又は１１に記載の方法。
- 前記研磨組成物は、５０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの前記コバルト腐食防止剤を含む、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
- 前記コバルトディッシング制御剤は、アニオン性ヘッド基及びＣ１５−Ｃ１８アルキル又はＣ１５−Ｃ１８アルケニルテール基を含む、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記コバルトディッシング制御剤は、式、ＲＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ ２ ＣＯＯＨ、（式中、ＲはＣ１５−Ｃ１７脂肪族基）を有するか、又はＣ１６−Ｃ１８アルキルジフェニルオキシドジスルホネートである、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記研磨組成物は、５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの前記コバルトディッシング制御剤を含む、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記研磨組成物は、式、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３、（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、水素、カルボキシアルキル、置換カルボキシアルキル、ヒドロキシアルキル、置換ヒドロキシアルキル及びアミノカルボニルアルキルから独立して選択され、ここで、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の中のいずれも水素ではない、又はＲ１、Ｒ２及びＲ３の中の１つが水素である）を有する化合物、ジカルボキシ複素環、ヘテロシクリルアルキル−α−アミノ酸、Ｎ−（アミドアルキル）アミノ酸、非置換複素環、アルキル置換複素環、置換アルキル置換複素環、Ｎ−アミノアルキル−α−アミノ酸、及びそれらの組み合わせ、から選択されるコバルト促進剤を更に含む、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記酸化剤は、過酸化水素である、請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記基材は、コバルトを含み、前記コバルトの少なくとも一部がすり減らされて前記基材を研磨する、請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記基材は、半導体デバイスを具備する、請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の方法。
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