JP6734854B2 - コバルト及び／又はコバルト合金含有の基板の研磨のための化学機械研磨（ｃｍｐ）組成物の使用 - Google Patents

Description

本発明は、実質的に、無機粒子、腐食防止剤としての置換テトラゾール誘導体、少なくとも１種のアミノ酸、少なくとも１種の酸化剤、及び水性媒体を含む、コバルト及び／又はコバルト合金を含む半導体産業の基板を研磨するための化学機械研磨（chemical mechanical polishing）（ＣＭＰ）組成物の使用方法に関する。また、本発明は、前記化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物の存在下で、基板又は層の化学機械研磨を含む半導体装置の製造方法に関する。ＣＭＰ組成物は、コバルト及び／又はコバルト合金に関して、向上された調整可能なエッチング挙動、及び良好な研磨性能を示す。

半導体産業において、化学機械研磨（ＣＭＰと略され）は、優れたフォトニック、微小電気機械的、及びマイクロエレクトロニクス材料及び装置、例えば半導体ウェハの製造に適用される周知の技術である。

半導体産業に使用される材料及び装置の製造中には、ＣＭＰは、金属及び／又は酸化物の表面を平坦化するために使用される。ＣＭＰは、化学的作用と機械的作用の相互作用を利用して、被研磨（to-be-polished）表面の平坦化を達成する。化学的作用は、ＣＭＰ組成物又はＣＭＰスラリーとも称される化学組成物により提供される。機械的作用は、通常、研磨パッドによって行われ、この研磨パッドは、一般的に、被研磨表面に押し付けられ、移動プラテン上に取り付けられる。通常、プラテンの移動は、直線、回転又は軌道式である。

典型的なＣＭＰ方法の工程において、回転ウェハホルダは、被研磨ウェハを研磨パッドに接触させる。ＣＭＰ組成物は、通常、被研磨ウェハと研磨パッドとの間に配置されている。

超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）技術における形状サイズの連続的縮小に伴い、銅相互接続構造のサイズは、ますます小さくなっている。ＲＣ遅延を低下するために、銅相互接続構造内のバリア層又は接着層の厚さは薄くなっている。従来の銅バリア／接着層スタックＴａ／ＴａＮは、Ｔａの抵抗率が比較的に高く、銅をＴａ上に直接電気メッキすることができないので、もはや適切ではない。Ｔａと比較して、コバルトは、抵抗率が低く、安価である。ＣｕとＣｏとの接着性は良好である。ＣｕはＣｏ上で容易に核形成することができ、銅もコバルト上に直接電気メッキすることができる。

集積回路において、Ｃｏは、銅相互接続のための接着層又はバリア層として使用されており、また、メモリデバイス内のナノ結晶Ｃｏとして、及びＭＯＳＦＥＴの金属ゲートとして使用することもできる。

多孔質低ｋ（low k）誘電材料は、既に現在の相互接続構造に使用されている。低ｋ材料は、プラズマ又は研磨スラリーによって容易に損傷されることが報告されている。現在の化学機械研磨加工では、低ｋ誘電体への損傷を低下するために、銅に使用される現在のスラリー及びバリアの大多数が酸性である。しかし、銅及びコバルトは、酸化剤（例えば、過酸化水素）を含有する酸性溶液中に容易に溶解することが観察される。これにより、銅線のディッシングを誘発するように、銅及びコバルトの研磨速度が高すぎることになる。さらに、銅相互接続構造の側壁上のコバルト接着層の溶解は、銅線の層間剥離をもたらし、信頼性の問題を引き起こす可能性がある。

超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）技術で使用される集積スキームに依存する、異なる量及び層厚のＣｏ、Ｃｕ及び低ｋ誘電材料の共存は、選択性、腐食、除去速度及び表面品質に関する、半導体装置の製造における化学機械研磨に使用される組成物への多数の挑戦をやめさせた。

最新技術において、コバルトを含む半導体産業の基板を研磨するための、無機粒子、腐食防止剤、アミノ酸、酸化剤及び水性媒体を含むＣＭＰ組成物の使用が、知られており、例えば以下の文献に記載されている。

ＵＳ ２０１３／０１４０２７３ Ａ１には、Ｃｏの化学機械研磨用のスラリーが開示されている。該スラリーは、０．０１〜２％の抑制剤、０〜５％の酸化剤、０．１〜１０％の研磨剤、０．００１〜１０％の錯化剤及び水を含む。ｐＨ値調整剤により、スラリーのｐＨ値を３〜５に調整する。抑制剤は、Ｓ及びＮ原子含有の５員ヘテロ環状化合物の１種以上から選択される。酸化剤は、Ｈ_２Ｏ_２、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８、ＫＩＯ_４及びＫＣＩＯ_５から選択された１種以上である。研磨剤は、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３から選択された１種以上である。錯化剤は、アミノ酸及びクエン酸から選択された１種以上である。

結果として、目前に、先行技術に関連する全ての欠点、例えばＣｏの低い材料除去速度、高いＣｏ腐食、酸性ｐＨ及び研磨性能の調整能力のないことを避けることができるＣＭＰ組成物の使用及びＣＭＰプロセスを有することが、非常に望ましい。

ＵＳ ２０１３／０１４０２７３ Ａ１

本発明の１つの目的は、コバルト及び／又はコバルト合金を含む基板の化学機械研磨に適し、かつ、向上した研磨性能、特にコバルト及び／又はコバルト合金の低腐食性及びコバルト及び／又はコバルト合金の制御可能で調整可能な材料除去速度を示すＣＭＰ組成物の使用を提供することである。さらに、コバルト及び／又はコバルト合金の高い材料除去速度をもたらし、低ｋ誘電材料及び半導体基板の他の金属材料（例えば、銅）に適合し、高品質の表面仕上げを提供し、ディッシングを低下し、貯蔵安定性を有し、アルカリ性ｐＨ範囲に中和することにすぐに使用することができる、ＣＭＰ組成物の使用が求められた。

さらに、それぞれのＣＭＰプロセスが提供されることになった。

したがって、（ｉ）コバルト及び／又は（ｉｉ）コバルト合金を含む基板（Ｓ）の化学機械研磨のための化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（Ｑ）の使用方法であって、前記ＣＭＰ組成物（Ｑ）が、
（Ａ）無機粒子、
（Ｂ）一般式（Ｉ）、

（式中、Ｒ^１は、Ｈ、ヒドロキシ、アルキル、アリール、アルキルアリール、アミノ、カルボキシル、アルキルカルボキシル、チオ又はアルキルチオである）
の置換テトラゾール誘導体、
（Ｃ）少なくとも１種のアミノ酸
（Ｄ）少なくとも１種の酸化剤、及び
（Ｅ）水性媒体
を含み、前記ＣＭＰ組成物（Ｑ）が７〜１０のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（Ｑ）の使用方法が見出された。
た。

本発明のさらなる態様によれば、本発明の目的を満たす、
（Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．０１質量％〜３質量％の量の、コロイドシリカ粒子、
（Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．００３質量％〜０．１５質量％の量の、５−フェニル−１Ｈ−テトラゾール、５−（４−メチルフェニル）−１Ｈ−テトラゾール、５−（エチルチオ）−１Ｈ−テトラゾール、５−アミノテトラゾール一水和物及び１Ｈ−テトラゾール−５−酢酸からなる群から選択された、少なくとも１種の置換テトラゾール誘導体（Ｂ）、
（Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．２質量％〜０．９質量％の量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン、又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．２質量％〜２質量％の量の、過酸化水素、
（Ｅ）水性媒体、
を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（Ｑ）が提供され、
前記ＣＭＰ組成物（Ｑ）が７〜１０のｐＨを有する。

さらに、本発明の上述した目的は、前記化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（Ｑ）の存在下で、半導体産業に使用される基板（Ｓ）（基材（Ｓ））の化学機械研磨を含む半導体装置を製造する方法により達成され、前記基板（Ｓ）（基材（Ｓ））が（ｉ）コバルト及び／又は（ｉｉ）コバルト合金を含む。

驚いたことには、本発明によるＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用は、高いコバルト材料除去速度と組み合わせて、コバルト及び／又はコバルト合金含有の基板に向上した腐食抑制をもたらすことが見出された。

好ましい実施態様は、特許請求の範囲及び明細書で説明される。好ましい実施態様の組み合わせは本発明の範囲内に含まれることが理解される。

本発明によれば、ＣＭＰ組成物は、無機粒子（Ａ）を含む。

一般的には、粒子（Ａ）の化学的性質は特に制限されていない。（Ａ）は、同じ化学的性質の粒子、又は異なる化学的性質の粒子の混合物であってもよい。概して、同じ化学的性質の粒子（Ａ）が好ましい。

（Ａ）は、
− 半金属、半金属酸化物若しくは炭化物を含む、金属、金属酸化物若しくは炭化物などの無機粒子、又は
− 無機粒子の混合物、
であり得る。

一般的には、（Ａ）は、
− １種のコロイド無機粒子、
− １種のヒュームド無機粒子、
− 異なる種のコロイド無機粒子及び／又はヒュームド無機粒子の混合物、
であり得る。

一般的には、コロイド無機粒子は、湿式沈殿法により製造された無機粒子であり、ヒュームド無機粒子は、例えばＡｅｒｏｓｉｌ（登録商標）プロセスを用いて、酸素の存在下で、水素で例えば金属塩化物前駆体の高温火炎加水分解により製造される。

好ましくは、無機粒子（Ａ）は、コロイド無機粒子、又はヒュームド無機粒子、又はそれらの混合物である。これらの中、金属又は半金属の酸化物及び炭化物が好ましい。より好ましくは、アルミナ、セリア、酸化銅、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化マンガン、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化スズ、チタニア、炭化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、ジルコニア、又はそれらの複合物若しくは混合物である。最も好ましくは、粒子（Ａ）は、アルミナ、セリア、シリカ、チタニア、ジルコニア、又はそれらの複合物若しくは混合物である。特に、（Ａ）はシリカ粒子である。例えば、（Ａ）はコロイドシリカ粒子である。

ここで使用される「コロイドシリカ」という用語は、Ｓｉ（ＯＨ）４の縮合重合により製造された二酸化ケイ素を指す。前駆体Ｓｉ（ＯＨ）４は、例えば、高純度アルコキシシランの加水分解により、又はケイ酸塩水溶液の酸性化により得ることができる。このようなコロイドシリカは、ＵＳ特許第５，２３０，８３３号に従って製造することができ、又は、任意の様々な市販の製品、例えばＦｕｓｏ ＰＬ−１、ＰＬ−２及びＰＬ−３製品、及びＮａｌｃｏ １０５０、２３２７及び２３２９製品、並びに、ＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、日産化学、Ｎｙａｃｏｌ及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の同様の製品として得ることができる。

本発明によれば、ＣＭＰ組成物（Ｑ）中の（Ａ）の量は、組成物（Ｑ）の総質量に基づいて、３．０質量％以下であり、好ましくは２．５質量％以下であり、最も好ましくは１．８質量％以下であり、特に１．５質量％以下である。本発明によれば、（Ａ）の量は、組成物（Ｑ）の総質量に基づいて、少なくとも０．０００１質量％、好ましくは少なくとも０．０２質量％、より好ましくは少なくとも０．１質量％、最も好ましくは少なくとも０．２質量％、特に少なくとも０．３質量％、である。例えば、（Ａ）の量は、０．４質量％〜１．２質量％の範囲にあり得る。

一般的には、粒子（Ａ）は、様々な粒径分布で、組成物（Ｑ）中に含むことができる。粒子（Ａ）の粒径分布は、単峰性又は多峰性であり得る。多峰性粒径分布の場合、二峰性がしばしば好ましい。本発明のＣＭＰプロセスの間の、容易に再現可能な特性プロファイル及び容易に再現可能な条件を有するために、粒子（Ａ）において単峰性粒径分布が好ましい。しばしば、粒子（Ａ）において、単峰性粒径分布を有することが最も好ましい。

一般的には、粒子（Ａ）の有する粒径分布は特に限定されない。

粒子（Ａ）の平均粒径は、広い範囲内で変化することができる。平均粒径は、水性媒体（Ｅ）中の粒子（Ａ）の粒径分布のｄ_５０値であり、例えば動的光散乱（ＤＬＳ）又は静的光散乱（ＳＬＳ）法を用いて測定することができる。これらの方法及び他の方法は、当該技術分野において周知であり、例えば、Ｋｕｎｔｚｓｃｈ，Ｔｉｍｏ；Ｗｉｔｎｉｋ，Ｕｌｒｉｋｅ；Ｈｏｌｌａｔｚ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓｔｉｎｔｚ；Ｒｉｐｐｅｒｇｅｒ，Ｓｉｅｇｆｒｉｅｄ；半導体産業における化学機械研磨（ＣＭＰ）に用いられるスラリーの特性；Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ；２６（２００３）、第１２巻、１２３５頁を参照する。

ＤＬＳにおいて、典型的には、Ｈｏｒｉｂａ ＬＢ−５５０Ｖ（ＤＬＳ、マニュアルによる動的光散乱測定）又は他のそのような機器が使用される。この技術は、入射光に対して９０°又は１７３°の角度で検出される、レーザ光源（λ＝６５０ｎｍ）を散乱させるときの、粒子の流体力学的直径を測定する。散乱光の強度の変化は、粒子が入射ビームを通過するときのランダムなブラウン運動に起因し、時間の関数として監視される。遅延時間の関数として装置によって実行される自己相関関数は、減衰定数を抽出するために使用される；より小さい粒子は、入射ビームを通してより速い速度で移動し、より速い減衰に対応する。

これらの減衰定数は、粒子の拡散係数Ｄ_ｔに比例し、ストークス−アインシュタインの式に従って粒径を計算するために使用される:

式中、懸濁粒子は、（１）球状形態を有し、（２）水性媒体（Ｅ）全体に均一に分散されている（すなわち、凝集していない）と仮定される。η＝０．９６ｍＰａ・ｓ（Ｔ＝２２℃）の水性分散剤（Ｅ）の粘度に有意な偏差がないので、この関係は、１質量％未満の固形分を含有する粒子分散系に有効であると予期される。ヒューム又はドコロイド無機粒子分散系（Ａ）の粒径分布は、通常、固形分濃度０．１〜１．０％のプラスチックキュベット中で測定され、必要に応じて分散媒体又は超純水を用いて希釈される。

好ましくは、粒子（Ａ）の平均粒径は、例えばＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｌｔｄ．製の高性能粒径測定器（High Performance Particle Sizer）（ＨＰＰＳ）又はＨｏｒｉｂａ ＬＢ５５０などの機器を用いて動的光散乱技術で測定される、２０〜２００ｎｍの範囲、より好ましくは２５〜１８０ｎｍの範囲、最も好ましくは３０〜１７０ｎｍの範囲、特に好ましくは４０〜１６０ｎｍの範囲、特に４５〜１５０ｎｍの範囲にある。

粒子（Ａ）の、ＤＩＮ ＩＳＯ ９２７７：２０１０−０９により決定されたＢＥＴ表面積は、広い範囲内で変化することができる。好ましくは、粒子（Ａ）のＢＥＴ表面積は、１〜５００ｍ^２／ｇの範囲、より好ましくは５〜２５０ｍ^２／ｇの範囲、最も好ましくは１０〜１００ｍ^２／ｇの範囲、特に２０〜９５ｍ^２／ｇの範囲、例えば２５〜９２ｍ^２／ｇの範囲にある。

粒子（Ａ）は様々な形状であり得る。それによって、粒子（Ａ）は、1つ又は本質的に１つのみのタイプの形状であってもよい。しかしながら、粒子（Ａ）は、異なる形状を有してもよい。例えば、２つのタイプの異なる形状の粒子（Ａ）が存在してもよい。例えば、（Ａ）は、かたまり、立方体、斜縁を備えた立方体、八面体、二十面体、コクーン（繭）、突起又はくぼみを有するか又は有しないノジュール又は球体の形状を有することができる。好ましくは、それらは本質的に球形であり、それによって、典型的には、これらは突起又はくぼみを有する。

無機粒子（Ａ）はコクーン状であることが好ましい。コクーンは、突起又はくぼみを有しても、有しなくてもよい。コクーン状粒子は、１０〜２００ｎｍの短軸、１．４〜２．２、より好ましくは１．６〜２．０の長軸／短軸の比を有する粒子である。好ましくは、それらは、透過型電子顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により決定することができる、０．７〜０．９７、より好ましくは０．７７〜０．９２の平均形状係数、好ましくは０．４〜０．９、より好ましくは０．５〜０．７の平均球形度、及び好ましくは４１〜６６ｎｍ、より好ましくは４８〜６０ｎｍの平均円相当径を有する。

以下、図１〜４を参照して、コクーン状粒子の形状係数、球形度及び円相当径の決定を説明する。

形状係数は、個々の粒子の形状及びくぼみに関する情報（図１を参照する）を提供し、下記の式により計算することができる：
形状係数＝４π（面積／周長^２）

くぼみのない球状粒子の形状係数は１である。くぼみの数が増大すると、形状係数値が低減する。

球形度（図２を参照する）は、平均の周りのモーメントを用いて個々の粒子の伸びに関する情報を提供し、下記の式により計算することができる：
球形度＝（Ｍ_ｘｘ−Ｍ_ｙｙ）−［４Ｍ_ｘｙ ^２＋（Ｍ_ｙｙ−Ｍ_ｘｘ）^２］^０．５／（Ｍ_ｘｘ−Ｍ_ｙｙ）＋［４Ｍ_ｘｙ ^２＋（Ｍ_ｙｙ−Ｍ_ｘｘ）^２］^０．５
伸び＝（１／球形度）^０．５
（式中、
Ｍは、それぞれの粒子の重心であり、
Ｍ_ｘｘ＝Σ（ｘ−ｘ_平均）^２／Ｎ、
Ｍ_ｙｙ=Σ（ｙ−ｙ_平均）^２／Ｎ、
Ｍ_ｘｙ＝Σ［（ｘ−ｘ_平均）＊（ｙ−ｙ_平均）］／Ｎ、
Ｎは、それぞれの粒子の画像を構成する画素の数であり、
ｘ、ｙは、画素の座標であり、
ｘ_平均は、前記粒子の画像を構成するＮ画素のｘ座標の平均値であり、
ｙ_平均は、前記粒子の画像を構成するＮ画素のｙ座標の平均値である）。

球状粒子の球形度は１である。粒子が伸びると、球形度値が低減する。

個々の非円形の粒子の円相当径（以下、ＥＣＤとも略称される）は、それぞれの非円形の粒子と同様の面積を有する円の直径に関する情報を提供する（図３を参照する）。

平均形状係数、平均球形度及び平均ＥＣＤは、分析された粒子数に関連するそれぞれの特性の算術平均である。

粒子形状の特徴付けの手順は以下の通りである。２０質量％の固形分を有するコクーン状のシリカ粒子水性分散液を、炭素ホイル上に分散させ、乾燥させる。乾燥した分散液を、エネルギーフィルタ型透過電子顕微鏡（ＥＦ−ＴＥＭ）（１２０キロボルト）及び走査型電子顕微鏡二次電子画像（ＳＥＭ−ＳＥ）（５キロボルト）を用いて分析する。分析には、２ｋ、１６ビット、０．６８５１ｎｍ／画素の解像度を有するＥＦ−ＴＥＭ画像（図４を参照する）を使用する。画像は、ノイズ抑制後のしきい値を使用する２値化処理される。その後、粒子を手動で分離する。重なる粒子及び縁にある粒子を識別し、分析に使用しない。上記で定義したＥＣＤ、形状係数及び球形度を計算し、統計的に分類する。

例えば、コクーン状粒子は、３５ｎｍの平均一次粒子径（ｄ１）及び７０ｎｍの平均二次粒子径（ｄ２）を有する、Ｆｕｓｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＦＵＳＯ（登録商標）ＰＬ−３である。

本発明によれば、使用されるＣＭＰ組成物（Ｑ）は、一般式（Ｉ）、

（式中、Ｒ^１は、好ましくは、Ｈ、ヒドロキシ、アルキル、アリール、アルキルアリール、アミノ、カルボキシル、アルキルカルボキシル、チオ又はアルキルチオであってもよく、より好ましくは、Ｒ^１は、Ｈ、ヒドロキシル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、フェニル、ベンジル、メチルフェニル、エチルフェニル、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、エチルアミノ、ジエチルアミノ、カルボキシル、メチルカルボキシル、エチルカルボキシル、チオ、メチルチオ又はエチルチオであってもよく、最も好ましくは、Ｒ^１は、Ｈ、メチル、フェニル、メチルフェニル、アミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、カルボキシル、メチルカルボキシル、チオ又はメチルチオであってもよく、特に好ましくは、Ｒ^１は、Ｈ、フェニル、メチルフェニル、アミノ、メチルカルボキシル又はメチルチオであってもよい）
の置換テトラゾール誘導体（Ｂ）を含む。

例えば、一般式（Ｉ）の化合物（Ｂ）は、５−フェニル−１Ｈ−テトラゾール、１Ｈ−テトラゾール−５−酢酸又は５−（４−メチルフェニル）−１Ｈ−テトラゾールであってもよい。

上記で定義された一般式（Ｉ）の化合物（Ｂ）は、コバルト及び／又はコバルト合金の腐食防止剤として機能する。現在、一般式（Ｉ）の化合物（Ｂ）は、コバルト及び／又はコバルト合金の表面上に保護分子層を形成することによって腐食防止剤として機能することができると考えられている。驚くべきことに、一般的に使用される化合物ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）及びＢＴＡの誘導体ならびにＣＭＰ組成物のための先行技術で使用される他のトリアゾールと比較して、一般式（Ｉ）の化合物（Ｂ）は、コバルト及び／又はコバルト合金含有の基板のより高い材料除去速度と組み合わせて、コバルト及び／又はコバルト合金のより低いエッチング速度、従ってよりよい腐食防止に関する有利な効果を有する。

本発明によれば、使用されたＣＭＰ組成物（Ｑ）中の（Ｂ）の量は、組成物（Ｑ）の総質量に基づいて、０．２質量％以下、好ましくは０．１質量％以下、最も好ましくは０．０８質量％以下、特に０．０６質量％以下である。本発明によれば、（Ｂ）の量は、組成物（Ｑ）の総質量に基づいて、少なくとも０．００３質量％、好ましくは少なくとも０．００３５質量％、より好ましくは少なくとも０．００５質量％、最も好ましくは少なくとも０．００７質量％、特に少なくとも０．００８質量％である。例えば、（Ｂ）の量は、０．００９質量％〜０．０５質量％の範囲にあり得る。

本発明によれば、ＣＭＰ組成物は、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）を含む。

一般的には、アミノ基及び酸基を有する有機化合物は、アミノ酸を指す。本発明のために、アミノ酸において、全ての個々の立体異性体及びそれらのラセミ混合物も考えられる。アミノ基及び酸基の両方が１つの炭素に結合されている（α−アミノカルボン酸と呼ばれる）ものは、ＣＭＰスラリー中の化学添加剤として使用されることが好ましい。多くのα-アミノカルボン酸が知られており、生体内のタンパク質の基本成分として使用される「天然」アミノ酸が２０種存在している。アミノ酸は、水性キャリアの存在下でそれらの側鎖によって、親水性、中性又は疎水性であり得る。研磨添加剤としてのαアミノ酸の添加は、金属材料の除去速度を高める。

少なくとも１種のα−アミノ酸（Ｃ）は、一般式（ＩＩ）、
H₂N-CR¹R²COOH (II)
（式中、Ｒ ^１ 及びＲ ^２ は、互いに独立して、水素、１種以上の置換基で置換又は置換されない１〜８個の炭素原子を有する環状、分岐状又は直鎖部分であり、前記１種以上の置換基が、−ＣＯＯＨ、−ＣＯＮＨ_２、−ＮＨ_２、−Ｓ−、−ＯＨ、−ＳＨ（これに制限していない）などの、窒素含有置換基、酸素含有置換基、硫黄含有置換基、並びにそれらの混合物及び塩から選択される）
で表される。

好ましくは、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）は、α−アラニン、アルギニン、シスチン、システイン、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、並びにそれらの混合物及び塩である。より好ましくは、（Ｃ）は、α−アラニン、アルギニン、グリシン、ヒスチジン、ロイシン、リジン、プロリン、セリン、バリン、並びにそれらの混合物及び塩である。最も好ましくは、（Ｃ）は、α−アラニン、グリシン、プロリン、セリン、並びにそれらの混合物及び塩であり、特に、（Ｃ）は、α−アラニン、セリン、グリシン、並びにそれらの混合物及び塩であり、例えば、（Ｃ）はグリシンである。

本発明によれば、ＣＭＰ組成物（Ｑ）中のアミノ酸（Ｃ）の量は、組成物（Ｑ）の総質量に基づいて、２．２５質量％以下、より好ましくは１．２質量％以下、最も好ましくは１質量％以下、特に０．８質量％以下である、本発明によれば、（Ｃ）の量は、組成物（Ｑ）の総質量に基づいて、少なくとも０．１質量％、好ましくは少なくとも０．３質量％、より好ましくは少なくとも０．４質量％、最も好ましくは少なくとも０．５質量％、特に少なくとも０．６質量％である。例えば、（Ｃ）の量は、０．６５質量％〜０．７８質量％の範囲にあり得る。

本発明により使用されたＣＭＰ組成物は、少なくとも１種の酸化剤（Ｄ）、好ましくは１種又は２種の酸化剤（Ｄ）、より好ましくは１種の酸化剤（Ｄ）を含む。酸化剤（Ｄ）は、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｅ）と異なる。一般的には、酸化剤は、被研磨基板又はその層の１つを酸化することができる化合物である。好ましくは、（Ｄ）は過酸類酸化剤である。より好ましくは、（Ｄ）は、過酸化物、過硫酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩又はそれらの誘導体である。最も好ましくは、（Ｄ）は、過酸化物又は過塩素酸塩である。特に、（Ｄ）は過酸化物である。例えば、（Ｄ）は過酸化水素である。

少なくとも１種の酸化剤（Ｄ）は、本発明により使用されたＣＭＰ組成物中に様々な量で含有することができる。好ましくは、（Ｄ）の量は、いずれの場合にも本発明により使用されたＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、４質量％（いずれの場合にも、質量％は「質量パーセント」を表す）以下、より好ましくは２．５質量％以下、最も好ましくは１．８質量％以下、特に１．５質量％以下、例えば１．２質量％以下である。好ましくは、（Ｄ）の量は、いずれの場合にも本発明により使用されたＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、少なくとも０．２質量％、より好ましくは少なくとも０．２５質量％、最も好ましくは少なくとも０．３質量％、特に少なくとも０．３５質量％、例えば少なくとも０．４質量％である。過酸化水素を酸化剤（Ｄ）として使用する場合、（Ｄ）の量は、いずれの場合にも本発明により使用されたＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、好ましくは０．２質量％〜２．８質量％、より好ましくは０．２８質量％〜１．９質量％、例えば１．０質量％である。

本発明によれば、使用されたＣＭＰ組成物は、水性媒体（Ｅ）を含む。（Ｅ）は、１種の水性媒体、又は異なる種の水性媒体の混合物であり得る。

一般的には、水性媒体（Ｅ）は、水を含有する任意の媒体であることができる。好ましくは、水性媒体（Ｅ）は、水、及び水と混合できる有機溶媒（例えば、アルコール、好ましくはＣ_１〜Ｃ_３アルコール、又はアルキレングリコール誘導体）の混合物である。より好ましくは、水性媒体（Ｅ）は水である。最も好ましくは、水性媒体（Ｅ）は脱イオン水である。

（Ｅ）以外の成分の量が、ＣＭＰ組成物の質量に基づいて、合計でｘ質量％である場合、（Ｅ）の量は、ＣＭＰ組成物（Ｑ）の質量に基づいて、（１００−ｘ）質量％である。

本発明により使用されたＣＭＰ組成物の特性、例えば、異なる材料に対して（例えば金属対二酸化ケイ素）組成物の安定性、研磨性能及びエッチング挙動は、それぞれ、対応する組成物のｐＨに依存することが可能である。

本発明によれば、使用されたＣＭＰ組成物（Ｑ）は、７〜１０の範囲のｐＨを有する。好ましくは、本発明により使用される組成物のｐＨ値は、それぞれ、７．２〜９．４、より好ましくは７．５〜９．０、最も好ましくは７．７〜８．８、特に好ましくは７．８〜８．６、例えば７．９〜８．４の範囲にある。

使用された本発明のＣＭＰ組成物は、さらに、任意に、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）と異なる少なくとも１種のさらなる錯化剤（Ｇ）、例えば１種の錯化剤を含有することができる。一般的には、錯化剤は、被研磨基板又はその１つの層のイオンを錯化することができる化合物である。好ましくは、（Ｇ）は、少なくとも１個のＣＯＯＨ基を有するカルボン酸、Ｎ含有カルボン酸、Ｎ含有スルホン酸、Ｎ含有硫酸、Ｎ含有ホスホン酸、Ｎ含有リン酸又はそれらの塩である。より好ましくは、（Ｇ）は、少なくとも２個のＣＯＯＨ基を有するカルボン酸、Ｎ含有カルボン酸又はそれらの塩である。例えば、すくなくとも１種のさらなる錯化剤（Ｇ）は、酢酸、グルコン酸、乳酸、ニトリロ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、イミノ−ジ−コハク酸、グルタル酸、クエン酸、マロン酸、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸、フマル酸、酒石酸、コハク酸及びフィチン酸であり得る。

存在する場合、錯化剤（Ｇ）は、様々な量で含有することができる。好ましくは、（Ｇ）の量は、対応する組成物の総質量に基づいて、２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、最も好ましくは５質量％以下、例えば２質量％以下である。好ましくは、（Ｇ）の量は、対応する組成物の総質量に基づいて、少なくとも０．０５質量％、より好ましくは少なくとも０．１質量％、最も好ましくは少なくとも０．５質量％、例えば少なくとも１質量％である。

さらに、使用された本発明のＣＭＰ組成物は、任意に、少なくとも１種の殺生物剤（Ｈ）、例えば１種の殺生物剤をさらに含有することができる。一般的には、殺生物剤は、化学的又は生物学的手段により、任意の有害生物を抑制、無害化又は制御効果を発揮する化合物である。好ましくは、（Ｈ）は、第４級アンモニウム化合物、イソチアゾリノン系化合物、Ｎ−置換二酸化ジアゾニウム、又はＮ’−ヒドロキシ−ジアゾニウムオキサイド塩である。より好ましくは、（Ｈ）はＮ−置換二酸化ジアゾニウム又はＮ’−ヒドロキシ−ジアゾニウムオキサイド塩である。

存在する場合、殺生物剤（Ｈ）は、様々な量で含有することができる。存在する場合、（Ｈ）の量は、対応する組成物の総質量に基づいて、好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．１質量％以下、最も好ましくは０．０５質量％以下、特に０．０２質量％以下、例えば０．００８質量％以下である。存在する場合、（Ｈ）の量は、対応する組成物の総質量に基づいて、好ましくは少なくとも０．０００１質量％、より好ましくは少なくとも０．０００５質量％、最も好ましくは少なくとも０．００１質量％、特に少なくとも０．００３質量％、例えば少なくとも０．００６質量％である。

本発明により使用されたＣＭＰ組成物は、それぞれ、対象とする前記ＣＭＰ組成物の使用の特定の要求に応じて必要の場合に、ｐＨ調整剤、緩衝物質、安定剤、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又はカチオン性界面活性剤であってもよい）、減摩剤など（これに制限していない）を含む様々な他の添加剤を含んでもよい。前記他の添加剤は、例えば、通常ＣＭＰ組成物に使用されるものであるので、当業者に公知である。このような添加剤は、例えば、分散を安定化させるか、又は研磨性能、若しくは異なる層間の選択性を向上することができる。

存在する場合、前記添加剤は、様々な量で含有することができる。好ましくは、前記添加剤の量は、対応する組成物の総質量に基づいて、１０質量％以下、より好ましくは１質量％以下、最も好ましくは０．１質量％以下、例えば０．０１質量％以下である。好ましくは、前記添加剤の量は、対応する組成物の総質量に基づいて、少なくとも０．０００１質量％、より好ましくは少なくとも０．００１質量％、最も好ましくは少なくとも０．０１質量％、例えば少なくとも０．１質量％である。

本発明により使用されたＣＭＰ組成物（Ｑ）は、半導体産業におけるコバルト及び／又はコバルト合金を含む基板（Ｓ）の化学機械研磨に使用される。

コバルト及び／又はコバルト合金は、任意のタイプ、形態又は形状であることができる。好ましくは、コバルト及び／又はコバルト合金は層状及び／又はオーバーグロース（overgrowth）の形状を有する。このコバルト及び／又はコバルト合金が層状及び／又はオーバーグロースの形状を有する場合、コバルト及び／又はコバルト合金の含有量は、対応する層及び／又はオーバーグロースの質量に基づいて、好ましくは９０質量％を超え、より好ましくは９５質量％を超え、最も好ましくは９８質量％を超え、特に９９質量％を超え、例えば９９．９質量％を超える。コバルト及び／又はコバルト合金は、好ましくは、他の基板の間のトレンチ又はプラグに充填又は生成され、より好ましくは、誘電材料、例えばＳｉＯ_２、シリコン、低ｋ（ＢＤ１、ＢＤ２）又は超低ｋ材料などの誘電材料、又は半導体産業に使用される他の絶縁材料及び半導体材料中のトレンチ又はプラグに充填又は生成される。例えば、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）中間処理において、絶縁材料、例えばポリマー、フォトレジスト及び／又はポリイミドは、ウェハの裏面からＴＳＶを露出させた後に絶縁／分離特性のためのウェットエッチング及びＣＭＰの後続の処理工程の間の絶縁材料として使用することができる。銅含有材料と誘電材料との間には、バリア材料の薄層を有することができる。一般的には、金属イオンを誘電材料中に拡散することを防止するためのバリア材料は、例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｔａ／ＴａＮ、又はＲｕ若しくはＲｕ合金、Ｃｏ若しくはＣｏ合金であり得る。

本発明によるＣＭＰ組成物（Ｑ）をコバルト及び／又はコバルト合金を含む基板の研磨に使用する場合、コバルトの静的エッチング速度（ＳＥＲ）は、好ましくは１００Å／分未満、より好ましくは８０Å／分未満、最も好ましくは７０Å／分未満、特に好ましくは６０Å／分未満であり、例えば、静的エッチング速度は３８Å／分未満であってもよい。

本発明によるＣＭＰ組成物（Ｑ）をコバルト及び／又はコバルト合金を含む基板の研磨に使用する場合、コバルトの材料除去速度（ＭＲＲ）は、好ましくは１００〜７５００Å／分の範囲、より好ましくは８５０〜６５００Å／分の範囲、最も好ましくは９２０〜５８００Å／分の範囲、特に好ましくは９８０〜５５００Å／分の範囲にあり、例えば、コバルト材料除去速度は１０００〜５６５０Å／分の範囲にある。

半導体装置は、本発明のＣＭＰ組成物（Ｑ）の存在下で、半導体産業に使用される基板（Ｓ）の化学機械研磨を含む方法により製造することができる。本発明によれば、前記方法は、コバルト及び／又はコバルト合金を含む基板（Ｓ）の化学機械研磨を含む。

一般的には、本発明による方法により製造することができる半導体装置には、特に制限していない。したがって、半導体装置は、半導体材料、例えばシリコン、ゲルマニウム及びＩＩＩ−Ｖ材料を含む電子部品であり得る。半導体装置は、単個のディスクリート素子として製造されたもの、又はウェハ上に製造及び相互接続された複数の素子からなる集積回路（ＩＣｓ）として製造されたものであることができる。半導体装置は、２端子装置（例えば、ダイオード）、３端子装置（例えば、バイポーラトランジスタ）、４端子装置（例えば、ホール効果センサー）、又は多端子装置であり得る。好ましくは、前記半導体装置は多端子装置である。多端子装置は、論理装置、例えば集積回路、及びマイクロプロセッサ又はメモリデバイス、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及び相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）であり得る。好ましくは、前記半導体装置は多端子論理装置である。特に、前記半導体装置はマイクロプロセッサの集積回路である。

一般的には、集積回路において、Ｃｏは、銅相互接続のための接着層又はバリア層として使用される。例えば、メモリデバイス中に、及びＭＯＳＦＥＴ中に金属ゲートとして含まれるＣｏは、そのナノ結晶の形態で存在する。また、コバルトは、電着による銅のメッキを可能にする種として使用することができる。コバルト又はコバルト合金は、銅の代わりに、１層以上の配線として使用することもできる。例えば、コンデンサ（ＣＡＰ）は、金属、絶縁体、金属（ＭＩＭ）の一連の層、及び同じレベルの薄膜抵抗器により形成することができる。回路設計者は、最も低い金属レベルでＴａＮ薄膜抵抗器に配線することができ、該ＴａＮ薄膜抵抗器が、寄生を低下させ、既存の配線レベルをより効率的に使用することができる。誘導体上の、過剰の銅及び／又はコバルト、並びに、例えば金属窒化物又は金属炭素窒化物（例えば、Ｃｏ／ＴａＮ、Ｃｏ／ＴｉＮ、Ｃｏ／ＴａＣＮ、Ｃｏ／ＴｉＣＮ）の形態で、又は例えば単個のコバルト合金層（例えばＣｏＭｏ、ＣｏＴａ、ＣｏＴｉ及びＣｏＷ）としてＣｏを含む接着層及び／又はバリア層は、本発明による化学機械研磨方法により除去することができる。

一般的には、このコバルト及び／又はコバルト合金は、様々な方法で製造する又は得ることができる。コバルト又はコバルト合金は、ＡＬＤ、ＰＶＤ又はＣＶＤプロセスにより製造することができる。コバルト又はコバルト合金はバリア材料上に堆積されることが可能である。バリア応用に適した材料は、当業者に公知である。バリアは、コバルト又は銅のような金属原子又はイオンが誘電層中に拡散することを防止し、導電層の接着特性を向上する。Ｔａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴｉＮを使用することができる。

一般的には、このコバルト及び／又はコバルト合金は、任意のタイプ、形態又は形状であり得る。好ましくは、このコバルト及び／又はコバルト合金は、層状及び／又はオーバーグロースの形状を有する。このコバルト及び／又はコバルト合金が層状及び／又はオーバーグロースの形状を有する場合、コバルト及び／又はコバルト合金の含有量は、対応する層及び／又はオーバーグロースの質量に基づいて、好ましくは９０質量％を超え、より好ましくは９５質量％を超え、最も好ましくは９８質量％を超え、特に９９質量％を超え、例えば９９．９質量％を超える。このコバルト及び／又はコバルト合金は、好ましくは、他の基板の間のトレンチ又はプラグに充填又は生成され、より好ましくは、誘電材料、例えばＳｉＯ_２、シリコン、低ｋ（ＢＤ１、ＢＤ２）又は超低ｋ材料などの誘電材料、又は半導体産業に使用される他の絶縁材料及び半導体材料中のトレンチ又はプラグに充填又は生成される。

一般的には、下向き圧力（down pressure）又は下向き力（down force）は、キャリアによりＣＭＰの間にパッドに対して押し付けるウェハに適用される下向きの圧力又は下向きの力である。この下向き圧力又は下向き力は、例えば、１平方インチ当たりのポンド（ｐｓｉと略記される）で測定することができる。

例えば、本発明の方法は、２ｐｓｉ以下の下向き圧力で行われてもよい。下向き圧力は、好ましくは０．１〜１．９ｐｓｉの範囲、より好ましくは０．３〜１．８ｐｓｉの範囲、最も好ましくは０．４〜１．７ｐｓｉの範囲、特に好ましくは０．８〜１．６ｐｓｉの範囲、例えば１．３ｐｓｉである。

本発明の方法は、コバルト及び／又はコバルト合金を含む基板の化学機械研磨を含む場合、コバルトの静的エッチング速度（ＳＥＲ）は、好ましくは１００Å／分未満、より好ましくは８０Å／分未満、最も好ましくは７０Å／分未満、特に好ましくは６０Å／分未満であり、例えば、静的エッチング速度は３８Å／分未満であってもよい。

本発明の方法は、コバルト及び／又はコバルト合金を含む基板の化学機械研磨を含む場合、コバルトの材料除去速度（ＭＲＲ）は、好ましくは１００〜７５００Å／分の範囲、より好ましくは８５０〜６５００Å／分の範囲、最も好ましくは９２０〜５８００Å／分の範囲、特に好ましくは９８０〜５５００Å／分の範囲にあり、例えば、コバルト材料除去速度は１０００〜５６５０Å／分の範囲にある。

これらの様々な範囲のコバルト材料除去速度は、例えば、ＣＭＰ組成物（Ｑ）の成分（Ｂ）の濃度及び研磨剤（Ａ）の濃度を変化することにより達成することができる。

本発明により使用されたＣＭＰ組成物（Ｑ）の例

Ｚ１：
（Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．０１質量％〜１．８質量％の総量のコロイドシリカ粒子、
（Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００８質量％〜０．０８質量％の総量の５−フェニル−１Ｈ−テトラゾール、
（Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて０．３５質量％〜０．８質量％の総量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．２質量％〜１．５質量％の総量の過酸化水素、
（Ｅ）水性媒体、
ここで、ＣＭＰ組成物（Ｑ）は、７．８〜８．９のｐＨを有する。

Ｚ２：
（Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．０１質量％〜１．８質量％の総量のコロイドシリカ粒子、
（Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００８質量％〜０．０８質量％の総量の５−（４−メチルフェニル）−１Ｈ−テトラゾール、
（Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて０．３５質量％〜０．８質量％の総量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．２質量％〜１．５質量％の総量の過酸化水素、
（Ｅ）水性媒体、
ここで、ＣＭＰ組成物（Ｑ）は、７．８〜８．９のｐＨを有する。

Ｚ３：
（Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．０１質量％〜１．８質量％の総量のコロイドシリカ粒子、
（Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００８質量％〜０．０８質量％の総量の５−（４−エチルチオ）−１Ｈ−テトラゾール、
（Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて０．３５質量％〜０．８質量％の総量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．２質量％〜１．５質量％の総量の過酸化水素、
（Ｅ）水性媒体、
ここで、ＣＭＰ組成物（Ｑ）は、７．８〜８．９のｐＨを有する。

Ｚ４：
（Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．０１質量％〜１．８質量％の総量のコロイドシリカ粒子、
（Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００８質量％〜０．０８質量％の総量の５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール一水和物、
（Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて０．３５質量％〜０．８質量％の総量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．２質量％〜１．５質量％の総量の過酸化水素、
（Ｅ）水性媒体、
ここで、ＣＭＰ組成物（Ｑ）は、７．８〜８．９のｐＨを有する。

Ｚ５：
（Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．０１質量％〜１．８質量％の総量のコロイドシリカ粒子、
（Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００８質量％〜０．０８質量％の総量の５−酢酸−１Ｈ−テトラゾール、
（Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて０．３５質量％〜０．８質量％の総量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．２質量％〜１．５質量％の総量の過酸化水素、
（Ｅ）水性媒体、
ここで、ＣＭＰ組成物（Ｑ）は、７．８〜８．９のｐＨを有する。

通常、ＣＭＰ組成物の製造方法は公知である。これらの方法は、本発明により使用されたＣＭＰ組成物の製造に適用することができる。これは、例えば、水性媒体（Ｅ）（好ましくは、水）中に上述した成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び任意の成分を分散又は溶解することにより、任意に酸、塩基、バッファー又はｐＨ調整剤の添加によりｐＨ値を調整することにより、実行することができる。このために、従来の、及び標準の混合方法及び混合装置、例えば攪拌容器、高せん断インペラ（high shear impellers）、超音波ミキサー、ホモジナイザーノズル又は向流ミキサーが、使用することができる。

研磨方法は、一般に公知であり、集積回路を有するウェハの製造において、ＣＭＰに使用される通常の条件下で、方法及び装置を用いて行うことができる。研磨方法が行うことができる装置に関して、制限していない。

当技術分野で知られているように、ＣＭＰ方法のための典型的な装置は、研磨パッドで覆われた回転プラテンからなる。軌道研磨機も使用している。ウェハは、キャリア又はチャック上に取り付けられる。処理されるウェハの側面は、研磨パッドに向いている（片面研磨プロセス）。保持リングはウェハを水平位置に固定する。

キャリアの下方では、一般に、より大きな直径のプラテンも水平に配置され、研磨すべきウェハの表面と平行な表面を提供する。プラテン上の研磨パッドは、平坦化プロセス中にウェハ表面に接触する。

材料損失を生じさせるために、ウェハを研磨パッドに押し付ける。通常、キャリアとプラテンの両方は、キャリアとプラテンから垂直に延びるそれぞれの軸を中心に回転させる。回転キャリアの軸は、回転プラテンに対する位置に固定されたままであってもよいか、又はプラテンに対して水平に振動してもよい。キャリアの回転方向は、必ずしもそうではないが、典型的には、プラテンの回転方向と同様である。キャリア及びプラテンの回転速度は、一般に、必ずしも異なるものではないが、異なる値に設定される。本発明のＣＭＰ方法の間、本発明のＣＭＰ組成物は、通常、連続的な流れとして、又は滴下方式で研磨パッド上に適用される。通常、プラテンの温度は１０〜７０℃の温度に設定される。

ウェハ上に対する負荷は、例えば、しばしばバッキングフィルムと呼ばれる柔軟なパッドで覆われている、鋼製の平らなプレートにより適用することができる。より進化した装置を使用する場合、空気又は窒素の圧力を負荷された可撓性膜がウェハをパッド上に押し付ける。硬質研磨パッドを使用する場合、ウェハ上の下向き圧力分布が、硬質プラテン配置を有するキャリアよりもより均一であるので、このような膜キャリアは、低い下向きの力のプロセスに好ましい。また、ウェハ上の圧力分布を制御するオプションを有するキャリアも、本発明に従って使用することができる。それらは、通常、互いに独立して一定の程度まで負荷することができる多数の異なるチャンバを備えるように設計されている。

さらなる詳細については、ＷＯ２００４／０６３３０１Ａ１、特に図２と合わせて１６頁の段落［００３６］から１８頁の段落［００４０］を参照する。

本発明のＣＭＰ方法及び／又は本発明のＣＭＰ組成物を使用することにより、優れた機能性を有しコバルト及び／又はコバルト合金を含む集積回路を有するウェハを得ることができる。

本発明により使用されたＣＭＰ組成物は、すぐに使用できるスラリーとしてＣＭＰ方法に使用することができ、長い貯蔵寿命を有し、長時間にわたって安定な粒径分布を示す。したがって、それらは、容易に取り扱い及び保管することができる。それらは、優れた研磨性能、特にコバルトの高い材料除去速度（ＭＲＲ）と組み合わせてコバルト及び／又はコバルト合金の低い静的エッチング速度を示す。その成分の量が最小限に抑えられるので、本発明により使用されるＣＭＰ組成物は、それぞれ費用効果が高い方法で使用することができる。

粒子形状による形状係数の変化の略図である。 粒子の伸びによる球形度の変化の略図である。 円相当径（ＥＣＤ）の略図である。 炭素ホイル上に２０質量％の固形分を有する乾燥したコクーン状シリカ粒子分散系のエネルギーフィルタ型透過電子顕微鏡（ＥＦ−ＴＥＭ）（１２０キロボルト）画像である。

実施例及び比較例
以下、ＣＭＰ実験の基本手順を説明する。

２００ｍｍ Ｃｏ／Ｃｏウェハの標準ＣＭＰプロセス：
Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ ｎＳｐｉｒｅ（Ｍｏｄｅｌ ６ＥＣ）、ＶｉＰＲＲ浮動保持リングキャリア（floating retaining ring Carrier）；
下向き圧力： １．５ｐｓｉ；
背面圧： １．０ｐｓｉ；
保持リング圧力： １．０ｐｓｉ；
研磨テーブル／キャリア速度： １３０／１２７ｒｍｐ；
スラリー流速： ３００ｍｌ／分；
研磨時間： １５秒；（Ｃｏ）
６０秒；（Ｃｕ）
研磨パッド： Ｆｕｊｉｂｏ Ｈ８００；
バッキングフィルム： Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ，ＤＦ２００（１３６孔）;
調整ツール： Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ、軟質ブラシ、実験室内；各ウェハの後に、他のウェハの次の処理のために、５ポンドの下向き力で２回の清掃によって、パッドを調整する。ブラシは軟質である。これは、２００回の掃引の後でさえも、ブラシが軟質研磨パッド上の除去速度に有意な影響が起こらないことを意味する。

金属ウェハを研磨する前に、３つのダミーＴＥＯＳウェハを６０秒研磨する（Ｃｏウェハの場合には１５秒研磨する）。

ローカル供給ステーション（local supply station）内で、スラリーを攪拌する。

金属ブランケットウェハの標準分析手順：
Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＬＡ３１０ Ｓスケール又はＮＡＰＳＯＮ４探針プローブステーションにより、ＣＭＰ前後のウェハの質量の差により、除去速度を決定する。

ＮＡＰＳＯＮ４探針プローブステーションを用いて３９ポイントの直径走査（範囲）により、除去速度の半径方向の均一性を評価する。

金属フィルムで被覆したウェハのＣＭＰ用の標準消耗品：
Ｃｏフィルム：Ｔｉライナ上の２０００ Ａ ＰＶＤ Ｃｏ（ＡＭＴ製）；
ｐＨ複合電極（Ｓｃｈｏｔｔ、ブルーライン２２ｐＨ電極）を用いて、ｐＨ値を測定する。

Ｃｏ静的エッチング速度（Ｃｏ−ＳＥＲ）の決定の標準手順：
下記のようにＣｏ−ＳＥＲ実験を行った。２．５ｘ２．５ｃｍ ＰＶＤ Ｃｏ（ＡＭＴ製）をカットし、脱イオン水で洗浄した。４探針プローブを用いて、Ｃｏフィルムの厚さ（ｄ前）を測定した。０．５％のＨ２Ｏ２で新しく調製したスラリー４００ｍｌをビーカーに入れ、その後に５０℃まで加熱した。Ｃｏ試験片を該スラリー中に、入れ、３分間浸した。その後、該試験片を洗浄して、Ｎ２で乾燥した。また、同じ装置を用いて、Ｃｏフィルムの厚さ（ｄ後）を測定した。以下の式により、Ｃｏ−ＳＥＲを決定した：
ＳＥＲ（Ａ/分）＝（ｄ前−ｄ後）／３

スラリー調製の標準手順：
超純水中に所要の量のグリシンを溶解することにより、１０質量％のグリシンの水溶液を調製する。２０分攪拌した後、４．８質量％ＫＯＨ水溶液を添加することにより、溶液を中和し、ｐＨを８．０５±０．１まで調整する。濃度を調整するために、残りの水を添加してもよい。超純水中に所要の量のテトラゾールを溶解し、全ての固体テトラゾールが溶解するまで３０分攪拌することにより、１質量％のテトラゾールの水性原液を調製する。

実施例のＣＭＰスラリーを調製するために、グリシン（アミノ酸（Ｃ））溶液、テトラゾール（腐食防止剤（Ｂ））溶液を混合し、攪拌しながら、コロイドシリカ粒子溶液（（Ａ）、例えばＦｕｓｏ（登録商標）ＰＬ３の２０％原液）を添加する。研磨剤（Ａ）の所要の量の添加を完了した後、分散系をさらに５分攪拌する。その後、４．８質量％ＫＯＨ水溶液を添加することにより、ｐＨを８．３±０．１まで調整する。ＣＭＰスラリーの濃度を下記の表２及び表３の実施例及び比較例中の値に調整するために、攪拌しながら、残りの水を添加する。その後、室温で、０．２μｍのフィルターを通過させることにより、分散液を濾過した。スラリーをＣＭＰに使用する前の１〜１５分の直前に、所要の量のＨ_２Ｏ_２（Ｄ）を添加する。

実施例に使用した無機粒子（Ａ）
３５ｎｍの平均一次粒子径（ｄ１）、７０ｎｍの平均二次粒子径（ｄ２）（Ｈｏｒｉｂａ器具を介して、動的光散乱技術を用いて決定した）、及び約４６ｍ^２／ｇの比表面積を有するコクーン状のコロイドシリカ粒子（Ａ１）（例えば、Ｆｕｓｏ（登録商標）ＰＬ−３）を使用した。

表１：コクーン状シリカ粒子（Ａ）の粒子形状分析の実験結果

粒子形状の特徴付けの手順
２０質量％固形分を有する水性コクーン状シリカ粒子分散系を炭素ホイル上に分散させ、乾燥させた。エネルギーフィルタ型透過電子顕微鏡（ＥＦ−ＴＥＭ）（１２０キロボルト）及び走査型電子顕微鏡二次電子画像（ＳＥＭ−ＳＥ）（５キロボルト）を用いて、乾燥した分散系を分析した。２ｋ、１６ビット、０．６８５１ｎｍ／画素の解像度を有するＥＦ−ＴＥＭ画像（図４）を分析に使用した。ノイズ抑制後の閾値を使用して、画像を２値化処理した。その後、粒子を手作業で分離した。重なり粒子及びエッジ粒子を、識別し、分析に使用しなかった。上記で定義したＥＣＤ、形状係数及び球形度を計算し、統計的に分類した。

Ａ２は、約９０ｇ／ｍ^２の比表面積、３５ｎｍの平均一次粒子径（ｄ１）及び７５ｎｍの平均二次粒子径（ｄ２）（Ｈｏｒｉｂａ器具を介して、動的光散乱技術を用いて決定した）を有する凝集粒子（例えば、Ｆｕｓｏ（登録商標）ＰＬ−３Ｈ）を使用）である。

表２：実施例１〜７、並びに比較例Ｖ１及びＶ２のＣＭＰ組成物、これらの組成物を用いて、２００ｍｍＣｏウェハの化学機械研磨プロセス中の、それらのｐＨ値、ｐＨ変動、濃度変動、Ｃｏ−ＳＥＲデータ、及びそれらのＣｏ−ＭＲＲデータ、ここで、ＣＭＰ組成物の水性媒体（Ｅ）は脱イオン水である。成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の量は、対応するＣＭＰ組成物の質量に対する、質量パーセント（質量％）で表示する。（Ｅ）以外の成分の量が合計でＣＭＰ組成物のｙ質量％である場合、したがって、（Ｅ）の量はＣＭＰ組成物の（１００−ｙ）質量％である。

表３：実施例８〜１２及び比較例Ｖ３〜Ｖ６のＣＭＰ組成物のＣｏ−ＳＥＲ（静的エッチング速度）［Å／分］：

本発明によるＣＭＰ組成物は、表２及び表３に示す実施例によって実証できるように、コバルト材料除去速度（ＭＲＲ）［Å／分］の点で向上した研磨性能を示し、かつ、Ｃｏエッチング速度の大幅な低下を示している。

Claims (14)

1. （ｉ）コバルト及び／又は（ｉｉ）コバルト合金を含む基材（Ｓ）の化学機械研磨のための化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（Ｑ）の使用方法であって、前記ＣＭＰ組成物（Ｑ）が、
   （Ａ）無機粒子、
   （Ｂ）一般式（Ｉ）、
   

   

   （式中、Ｒ^１は、Ｈ、ヒドロキシ、アルキル、アリール、アルキルアリール、アミノ、カルボキシル、アルキルカルボキシル、チオ又はアルキルチオである）
   の置換テトラゾール誘導体、
   （Ｃ）少なくとも１種のアミノ酸
   （Ｄ）少なくとも１種の酸化剤、及び
   （Ｅ）水性媒体
   を含み、前記ＣＭＰ組成物（Ｑ）が７〜１０のｐＨを有し、及び
   前記一般式（Ｉ）の置換テトラゾール誘導体（Ｂ）の総量が、それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００３質量％〜０．１５質量％の範囲にある、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（Ｑ）の使用方法。
2. 前記無機粒子（Ａ）がコロイド無機粒子である、請求項１に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
3. 前記コロイド無機粒子がシリカ粒子である、請求項１又は２に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
4. 前記置換テトラゾール誘導体（Ｂ）が一般式（Ｉ）のものであり、式中、Ｒ^１が、アリール、アリールアルキル、アミノ、カルボキシル、アルキルカルボキシル又はアルキルチオである、請求項１から３のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
5. 前記置換テトラゾール誘導体（Ｂ）が一般式（Ｉ）のものであり、式中、Ｒ^１が、フェニル、４−メチルフェニル、アミノ、酢酸又はエチルチオである、請求項１から４のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
6. 前記一般式（Ｉ）の置換テトラゾール誘導体（Ｂ）の総量が、それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．００３質量％〜０．１質量％の範囲にある、請求項１から５のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
7. 前記少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）が、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン、又はそれらの塩である、請求項１から６のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
8. 前記少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）の総量が、それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、０．１質量％〜２．２５質量％の範囲にある、請求項１から７のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
9. 前記酸化剤が過酸化物を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
10. 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項１から９のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の使用方法。
11. 化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物であって、
    （Ａ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．０１質量％〜３質量％の量の、コロイドシリカ粒子、
    （Ｂ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．００３質量％〜０．１５質量％の量の、５−（４−メチルフェニル）−１Ｈ−テトラゾール、及び５−（エチルチオ）−１Ｈ−テトラゾールからなる群から選択された、少なくとも１種の置換テトラゾール誘導体（Ｂ）、
    （Ｃ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．２質量％〜０．９質量％の量の、グリシン、アラニン、ロイシン、バリン、システイン、セリン及びプロリン、又はそれらの塩からなる群から選択された、少なくとも１種のアミノ酸（Ｃ）、
    （Ｄ）それぞれのＣＭＰ組成物の総質量に基づいて、合計で０．２質量％〜２質量％の量の、過酸化水素、
    （Ｅ）水性媒体、
    を含み、前記ＣＭＰ組成物（Ｑ）が７〜１０のｐＨを有する、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物（Ｑ）の存在下で、半導体産業に使用される基材（Ｓ）の化学機械研磨を含む半導体装置を製造する方法であって、前記基材（Ｓ）が、
    （ｉ）コバルト、及び／又は
    （ｉｉ）コバルト合金
    を含む、方法。
13. コバルトの静的エッチング速度（ＳＥＲ）が１００Å／分未満である、請求項１２に記載の方法。
14. コバルトの材料除去速度（ＭＲＲ）を３００〜６０００Å／分の範囲に調整する、請求項１２又は１３に記載の方法。

Images