JP6989493B2 - 誘電体基板を加工するための方法及び組成物 - Google Patents

誘電体基板を加工するための方法及び組成物 Download PDF

Info

Publication number
JP6989493B2
JP6989493B2 JP2018511737A JP2018511737A JP6989493B2 JP 6989493 B2 JP6989493 B2 JP 6989493B2 JP 2018511737 A JP2018511737 A JP 2018511737A JP 2018511737 A JP2018511737 A JP 2018511737A JP 6989493 B2 JP6989493 B2 JP 6989493B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
weight percent
ppm
composition
polishing composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018511737A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018532828A (ja
JP2018532828A5 (ja
Inventor
チー ツイ
ベト ラム
グランビーン スティーブン
Original Assignee
シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド filed Critical シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド
Publication of JP2018532828A publication Critical patent/JP2018532828A/ja
Publication of JP2018532828A5 publication Critical patent/JP2018532828A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6989493B2 publication Critical patent/JP6989493B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

本発明は、研磨組成物（別名「スラリー」）及び研削パッド、例えばＣＭＰ加工を使用して、誘電体材料を含む基板を加工（研磨または平坦化）するための材料及び方法に関する。
マイクロエレクトロニクスデバイスを製造するプロセスでは、導電性、半導体性、及び誘電体性の材料の複数の層が基板の表面上に段階的に堆積される。その層の一部は、除去され、続いて材料を選択的に添加及び除去することによってさらに加工することができ、そのすべては非常な正確さで行われる。層が基板上に堆積され、次いで基板から除去されると、基板の最上面は非平面になる場合がある。より多くの材料を追加する前に、非平面の表面は、後の層及び加工のための滑らかな表面を生成させるために「平坦化」によって時に加工される。
非平面表面を平坦化または研磨することは、非平面表面の材料を除去して高度に平坦な表面を残すプロセスである。平坦化は、望ましくない表面トポグラフィ、例えば粗い（凹凸）表面、または欠陥、例えば凝集した材料、結晶格子損傷、スクラッチ、もしくは汚染された層または材料を除去するのに有用である。１つの特定の用途では、平坦化は、堆積層が凹凸表面を示す場合、下の単層または複層のチャネルまたはホール等の形状を充填するために基板表面上に堆積された過剰な材料を除去する。
化学的機械的平坦化、または化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、マイクロデバイス製造において基板を平坦化するための確立された商業的技術である。ＣＭＰは、ＣＭＰ組成物として知られている液体化学組成物、あるいは研磨組成物、研磨スラリー、またはＣＭＰパッドと組み合わせてスラリーのみを使用して、非平面基板表面から材料を機械的かつ化学的に除去する。スラリーは、典型的には、スラリーが適用されたＣＭＰ研磨パッドと基板の表面を接触させることによって基材に適用することができる。材料は、典型的には、スラリーに含まれる研削材の機械的活性と、スラリーの化学材料の化学的活性との組み合わせによって、基材表面から除去される。
マイクロエレクトロニクスデバイスのサイズを縮小させる方向への継続的な進歩のためには、デバイスを構成するコンポーネントは、より小さいものでなければならず、かつより密接に配置されなければならない。回路間の電気的分離は、ピーク半導体性能を確保する上で重要であるが、より小さいデバイスでは増々困難になる。この目的のために、様々な製造方法は、浅いトレンチを半導体基板中にエッチングし、次いでそのトレンチを絶縁材料で充填し、それによって集積回路の近傍活性区域を分離することを含む。そのようなプロセスの１つの例は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）と呼ばれている。これは、半導体層が基板上に形成され、浅いトレンチがエッチングまたはフォトリソグラフィによって半導体層中に形成され、誘電体材料がエッチング表面上に堆積されてトレンチを充填するプロセスである。
確実にトレンチを完全に充填するために、過剰量の誘電体材料がエッチング表面上に堆積される。堆積誘電体材料（例えば酸化ケイ素）は、トレンチにおけるトポグラフィを含む、下地半導体基板のトポグラフィに適合する。したがって、誘電体材料が置かれた後、その堆積誘電体材料の表面は、誘電体材料中のトレンチによって分離された誘電体材料の隆起領域の凹凸の組み合わせによって特徴付けられ、その隆起領域及びトレンチは下地表面の隆起領域及びトレンチに対応している。隆起誘電体材料及びトレンチを含む基板表面の区域は、基板のパターンフィールド、例えば「パターン材料」、「パターン酸化物」、「パターン誘電体」等と呼ばれる。この区域は、トレンチ高さに対する誘電体材料の隆起領域の高さにおける差である「ステップ高さ」によって特徴付けられる。隆起領域を構成する過剰な誘電体材料は、ＣＭＰプロセスによって除去されて平坦な表面を生成する。
パターン誘電体材料を除去するための化学機械研磨プロセスは、様々な研磨速度（すなわち除去速度）、トレンチ損失、平坦化効率、及び「自己停止」挙動の非常に望ましい特性を含む性能パラメータによって特徴付けることができる。
除去速度は、単位時間当たりの長さ（厚さ）の単位（例えば１分当たりのオングストローム（Å））によって通常表される、基板の表面からの材料の除去速度を指す。基板の異なる区域に関する、または除去ステップの異なる段階に関する異なる除去速度は、プロセス性能を評価する上で重要であり得る。「パターン除去速度」（あるいは「活性」除去速度）は、基板の所望の（「活性」または「標的」）領域からの材料の除去速度であり、例えば、基板が実質的なステップ高さを示すプロセスの段階におけるパターン誘電体の隆起領域からの誘電体材料の除去速度である。「ブランケット除去速度」とは、ステップ高さが有意に（例えば実質的に完全に）低減されたとき、すなわち研磨工程の終わりにおける、平坦化（すなわち「ブランケット」）誘電体材料からの誘電体材料の除去率を指す。
様々な誘電体研磨ステップでは（例えば、ＳＴＩ加工中またはＮＡＮＤもしくは３Ｄ−ＮＡＮＤ基板を加工しているとき）、パターン誘電体の除去速度はプロセス全体の律速因子である。したがって、パターン誘電体の高い除去速度が加工能力を増加させるために望ましい。化学物質をスラリーに含有させて、基板の活性領域または「標的」領域における基板の材料の除去速度を増加させることができる。除去速度「加速剤」または「ブースター」と時に呼ばれることがあるそのような化合物は、スラリーまたはＣＭＰプロセスに対して異なる重大な負の効果、例えばスラリーの不安定性、より高い欠陥率、望ましくないトポグラフィ等も生じさせない場合にのみ有用である。過去には、ある種の特定の基板加工用途では、異なるタイプの化学的除去速度加速剤（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）が、他の特定のスラリー成分と組み合わせて使用されてきた。米国特許第６，８６３，５９２号は、金属酸化物研削粒子及びアニオン性ポリマー不動態化剤と組み合わせて使用される可能性のある除去速度加速剤としてホスフェート及びホスファイト化合物を記載している。可能性のある「除去速度加速剤」として、ホスフェート、ホスファイト、リン酸などを列挙する米国特許第６，９１４，００１号も参照されたい。米国特許第６，４３６，８３４号は、他のタイプの化学物質を「研削加速剤」として列挙している。
高い活性除去速度に加えて、誘電体基板を加工する際に重要な別の性能因子は、平坦化効率（ＰＥ）であり、それは「トレンチ損失」と関連がある。隆起領域誘電体材料の除去中に、ある量のトレンチの材料も除去される。トレンチからの材料のこの除去は「トレンチ損失」と呼ばれる。有用なＣＭＰプロセスでは、トレンチからの材料の除去速度は隆起領域からの除去速度に比べてかなり低い。トレンチ損失は、初期のステップ高さを除去することによってパターン材料の平坦化を達成する際にトレンチから除去される材料の量（厚さ、例えばオングストローム（Å）単位）である。トレンチ損失は、初期トレンチ厚さから最終トレンチ厚さを差し引いたものとして計算される。平坦化効率は、平坦な表面になる間に生じるトレンチ損失の量当たりに達成されるステップ高さの減少量、すなわちステップ高さの減少をトレンチの損失で割ったものと関係がある。
ある特定の基板を加工する際に、窒化ケイ素の高い除去速度も望ましくかつ有益である。窒化ケイ素は、ライナーとして３Ｄ ＮＡＮＤ製造においてしばしば使用して、（誘電体）トレンチ領域を保護し、かつ平坦化効率を改善する。誘電体トレンチ領域を保護するために窒化ケイ素「ライナー」を含む基板を加工するとき、パターン活性領域上の窒化ケイ素ライナーは、最初に、比較的速い除去速度で（トレンチ領域に過度に影響を及ぼすことなく）除去されなければならない。そのような基板を加工する場合、スラリーは好ましくは、パターン誘電体に関する望ましく高い除去速度と、望ましく高い平坦化効率とを組み合わせて、比較的速い窒化ケイ素除去速度を示すことができる。
本明細書では、ＣＭＰ研磨組成物（別名「スラリー」）と、誘電材料の領域を含む基板の表面、すなわち誘電材料、特に隆起領域及びトレンチを含むパターン誘電体を有するその表面の少なくとも一部を有する基板の表面を加工（例えば、平坦化、研磨）するために研磨組成物を使用するための方法を説明する。その基板は、誘電体材料の領域を含む任意の基板であることができ、例としては、特にフラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリまたは剛性ディスク、層間誘電体（ＩＬＤ）デバイス、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスが挙げられる。
１つの例示的な方法では、研磨組成物及び方法は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）または同様のプロセスを受けた基板を平坦化または研磨するのに特によく適しており、それによって酸化ケイ素等の誘電体材料の連続層が、ケイ素等の半導体材料の構造化された下部層の上に被覆される。
本明細書のスラリー及びプロセスが特に有用である別のタイプの基板は、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイス基板である。３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイスを加工することは、メモリコンポーネントを３次元で構築することを含み、一方、従来のフラッシュメモリコンポーネントは２次元でのみ構築されてきた。多くの他のマイクロエレクトロニクスデバイスを調製するためのプロセスと同様に、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスを製造するステップは、構造化基板上に誘電体材料を被覆し、次いで得られたパターン誘電体のある量を除去して誘電体材料を平坦化することを含むことができる。そのプロセスは、パターン誘電体を含む初期タイプのデバイスのためのプロセスで知られているステップ高さの低減、トレンチ損失、及び平坦化効率の因子を含む。しかし、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスを調製するプロセスには新規なことであるが、基板は、初期の基板のパターン誘電体材料には一般に存在しなかった増大したサイズのステップ高さを示す。
３Ｄ ＮＡＮＤデバイス基板のパターン誘電体区域に存在するステップ高さは、１または２ミクロン（すなわち１０，０００または２０，０００オングストローム）を超える場合があり、これは従来のパターン誘電体材料のステップ高さに比べてはるかに高い。より大きなステップ高さは、平坦化表面を生成させるために、パターン誘電体の領域から有意により多量の誘電体材料を除去しなければならないことを必然的に必要とする。パターン誘電体を除去する過去の工程は、５オングストローム程度から約７，０００オングストローム程度までの範囲の誘電体材料の量を除去することを必要とした。３Ｄ ＮＡＮＤデバイスでは、少なくとも１０，０００オングストロームの誘電体材料を、隆起領域から、例えば２０，０００、３０，０００もしくは４０，０００オングストロームまでまたはそれを超えて除去する誘電体除去（平坦化または研磨）ステップが必要とされる場合がある。３Ｄ ＮＡＮＤ及び他のタイプのデバイスならびにそれらの製造プロセスは、進歩かつ改善され続けるにつれて、除去される材料のこの量はさらに高いレベルまで、例えば５０，０００オングストロームまで、７０，０００オングストロームまで、またはそれを超えて増加する可能性がある。
商業的製造プロセスの効率及び加工能力のためには、この増加した量の誘電材料を除去するのに必要な時間を延長することはできない。商業的プロセスにおいてこの誘電材料を除去するのに必要なステップは、３分以下、例えば２分未満であるべきであり、最も好ましくは１分未満であるべきである。
基板は、表面においてパターン誘電体区域を含むことができ、任意には、パターン誘電体ではない他の区域またはフィールドを含むことができる。好ましい方法では、その表面は、金属（例えば、タングステン、アルミニウム、銀、銅）を含有しないか、または、総表面積を基準として、半量未満以下の金属、例えば５０％未満の金属、好ましくは、総表面積を基準として３０、２０、１０、５または１パーセント未満の金属を含有する。
研磨組成物は、液体担体、その液体担体中に分散された研削粒子、及び誘電体材料のパターン除去速度を増加させるのに有効な除去速度加速剤を含む。研磨組成物は、任意には、他の化学物質、添加剤、または少量の成分、例えば特に界面活性剤、触媒、酸化剤、抑制剤、ｐＨ調整剤も含むことができる。スラリーは約７未満のｐＨを有する。
除去速度加速剤は下式（式１）
Figure 0006989493
 を有し、式中Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル基、アリール基、置換アリール基、及び直鎖または分枝鎖であり得るアルコキシ基（例えば、−ＯＲ２、式中Ｒ２は直鎖または分枝鎖アルキル基である）からなる群より選択され、そのいずれも置換され得る。ある特定の好ましい除去速度加速剤化合物では、Ｒは、低級アルキル（例えば、Ｃ１〜Ｃ５）、フェニル、ヒドロキシフェニル、直鎖または分枝鎖低級アルコキシ、例えばメトキシ、エトキシ、またはｔｅｒｔ−ブトキシから選択することができ、それらのいずれも任意に置換されていてもよいか、またはさらに置換されていてもよい。ある特定の除去速度加速剤化合物では、Ｒは、ハロゲン置換低級アルキル（例えば、Ｃ１〜Ｃ５）、ハロゲン置換フェニル、ハロゲン置換ヒドロキシフェニル、または直鎖または分枝鎖ハロゲン置換低級アルコキシ、例えばハロゲン置換メトキシ、ハロゲン置換エトキシ、またはハロゲン置換ｔｅｒｔ−ブトキシから選択することができる。
本明細書で使用される用語「アルキル」は分枝鎖または直鎖の非置換飽和炭化水素基を指す。用語「アルコキシ」は、少なくとも１つの二価（−Ｏ−）酸素原子、例えば−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ＋１または−ＣｊＨ２ｊ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ＋１によって中断された炭素主鎖を含有する飽和直鎖または分枝鎖炭化水素基を指す。「置換」基は、ハロゲン等の非水素原子によって、またはアミン、水酸化物等の官能基によって、炭素結合水素が置換される炭化水素基を指す。「ハロゲン置換」基は、ハロゲン原子、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子によって炭素結合水素が置換される基を指す。
式１の除去速度加速剤化合物の例としては、アセトヒドロキサム酸、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、Ｎ−ヒドロキシウレタン、またはＮ−ｂｏｃヒドロキシルアミンがそれぞれ挙げられる。
好ましい研磨組成物を使用して、パターン誘電体の区域を含有するＣＭＰ基板を加工することができる。好ましいスラリー及びプロセスは、パターン誘電体材料の高い除去速度をもたらすことができ、最も好ましくは高い平坦化効率と組み合わせることもできる。
一つの態様では、本発明は、基板の誘電体含有表面を研磨する方法に関する。その方法は、誘電体材料を含む表面を有する基板を提供することと、研磨パッドを提供することと、水性媒体、その水性媒体中に分散された研削粒子、及び式（式１）の除去速度加速剤を含む化学機械研磨組成物を提供することとを含み、
Figure 0006989493
 式中Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル基、アリール基、置換アリール基、直鎖または分枝鎖であり得るアルコキシ基、ハロゲン置換アルキル基、ハロゲン置換フェニル基（例えばハロゲン置換ヒドロキシフェニル基）、及び直鎖または分枝鎖ハロゲン置換アルコキシ基から選択される。スラリーは約７未満のｐＨを有する。その方法はさらに、基板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、基板に対して研磨パッド及び化学機械研磨組成物を移動させて、基板の表面上の酸化ケイ素層の少なくとも一部を研削して、基板を研磨することとを含む。
別の態様では、本発明は、誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物に関する。その組成物は、水性媒体、その水性媒体中に分散された研削粒子、及び式１の除去速度加速剤を含み、式中Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル、アリール、置換アリール、アルコキシ、ハロゲン置換アルキル、ハロゲン置換フェニル（例えばハロゲン置換ヒドロキシフェニル）、直鎖または分枝鎖ハロゲン置換アルコキシから選択される。スラリーは約７未満のｐＨを有する。
さらに別の態様では、本発明は、誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物に関する。その組成物は、水性媒体、その水性媒体中に分散されたセリアまたはセリア含有粒子、及び式１の化学化合物を含み、式中Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル、アリール、置換アリール、アルコキシ、ハロゲン置換アルキル、ハロゲン置換フェニル（例えばハロゲン置換ヒドロキシフェニル）、及び直鎖または分枝鎖ハロゲン置換アルコキシから選択される。スラリーは約７未満のｐＨを有する。
本明細書に従って有用な実施例基板の横断面図である。 式１の除去速度加速剤を含有するスラリーを含むスラリーの比較除去速度を示す図である。 式１の除去速度加速剤を含有するスラリーを含むスラリーの比較除去速度を示す図である。 式１の除去速度加速剤を含有するスラリーを含むスラリーの比較除去速度を示す図である。
基板の誘電体含有表面から誘電体材料を除去するのに有用であるＣＭＰ研磨組成物、別名「ＣＭＰ組成物」、「研磨スラリー」、「研磨組成物」、「スラリー」等は以下で説明する通りである。そのスラリーは、パターン誘電体材料の区域を含有する基板の表面を研磨または平坦化するのに有用である。好ましいスラリーは、パターン誘電体材料の高い除去速度においても実施するプロセス、かつ、低いトレンチ損失及び高い研磨効率を提供するプロセスを使用して、パターン誘電体材料を研磨または平坦化するのに有用であり得る。
記載のスラリーは、液体担体、除去速度加速剤、及びその液体担体中に分散された研削粒子を含む。そのスラリーは、任意には、他の化学物質、添加剤、または少量の成分、例えば特に界面活性剤、触媒、酸化剤、抑制剤、ｐＨ調整剤を含むことができる。
除去速度加速剤は、以下の構造を有する置換ヒドロキサム酸またはヒドロキサミン誘導体を含む化合物であり、
Figure 0006989493
 式中、Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル、アリール、置換アリール、または直鎖または分枝鎖アルコキシを有するアルコキシ基から選択される。用語「アルキル」は、分枝鎖及び直鎖の基が可能であり、飽和基（例えば−ＣｎＨ２ｎ＋１）を指す。「置換」基は、炭素結合水素が、ハロゲン等の非水素原子によって、またはアミン、水酸化物等の官能基によって、置換される基を指す。除去速度加速剤は、任意の化学的形態で、例えば遊離酸形態または塩として、研磨組成物に含めることができる。式１の好ましい化合物において、アミン置換ヒドロキシ基の水素は少なくとも７、８、または９のｐＫａを有し、それは、その化合物がスラリーの中性または酸性、すなわち７未満のｐＨにおいて、中性分子であることを意味している。
ある特定の実施形態では、除去速度加速剤は、Ｒが、芳香族、例えばフェニル（ベンゾヒドロキサム酸）、２−ヒドロキシフェニル（サリチルヒドロキサム酸）等である置換ヒドロキサム酸である。
ある特定の他の実施形態では、除去速度加速剤は、アルキルまたはアルコキシ置換基、好ましくは低級アルキル基（Ｃ１〜Ｃ４）または酸素と低級アルキル基（Ｃ１〜Ｃ４）から構成されているアルコキシを有するヒドロキサム酸誘導体である。例えばメチル基（アセトヒドロキサム酸）、ｔｅｒｔ−ブチル基（Ｎ−ｂｏｃヒドロキサミン）、及びヒドロキシエチル基（Ｎ−ヒドロキシウレタン）が挙げられる：
Figure 0006989493
Figure 0006989493
Figure 0006989493
ヒドロキサム酸及び種々の置換ヒドロキサム酸及びヒドロキサム酸誘導体は、ＣＭＰスラリー及びＣＭＰ加工において有用な形態（例えば塩または酸）と純度で市販されている。サリチルヒドロキサム酸（ＳＨＡ）（別名ＳＨＡＭ、２−ヒドロキシベンゼンカルボゾルヒドロキサム酸、２−ヒドロキシベンゾヒドロキサム酸、Ｎ，２−ジヒドロキシベンズアミド）はミズーリ州セントルイスにあるＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏ．ＬＬＣから純度９９％で市販されている。
除去速度加速剤は、所望のＣＭＰ加工性能を提供するのに有用な任意の量でスラリー中に存在させることができ、好ましい性能としては、パターン誘電体を研磨するときの望ましく高い誘電体除去速度、好ましくはまた望ましく高い平坦化効率、及び任意には、低いブランケット除去速度と、望ましく低いトレンチ損失と、自己停止挙動のうちの１つ上が挙げられる。ある特定の例示的なスラリーは、約５〜約３，０００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）の除去速度加速剤（すなわち、慣例によれば、１リットルのスラリー当たりミリグラムの除去速度加速剤）を含むことができ、例えば約５０〜約２，０００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約１，５００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約１，２００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約１，０００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約７５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約６５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、約５００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、または約５００ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍの除去速度加速剤を含むことができる。
説明のスラリーは、任意の有用なタイプまたは量の研削粒子を含みことができる。好ましいスラリーは、パターン誘電体等の基板の非金属部分、例えば基板表面のパターン酸化物区域を研磨または平坦化するのに有効な粒子を含む。好ましい研削粒子の例としては、セリア（例えばＣｅＯ２）またはジルコニア（例えばＺｒＯ２）、シリカ（種々の形態のいずれか）の粒子またはそれらの組み合わせが挙げられる。
スラリーは、パターン誘電体を研磨するのに特に有用であり得るので、粒子は、銅、銀、タングステン等の金属、または別の金属を基板表面から除去することを目的とするあらゆる実質的な量の研削粒子を含む必要はなく、好ましくは除外することができる。したがって、好ましいスラリーの研削粒子は、セリア粒子、ジルコニア粒子、シリカ粒子、またはそれらの組み合わせからなることができるか、または実質的にからなることができ、好ましくは金属基板表面を研磨または平坦化するのに有用な粒子の非現実的な量を超えるあらゆる量を除外することができ、そのような粒子としては、金属表面を研磨するのに有用であることが知られているある特定のタイプの金属酸化物、例えばアルミナ粒子が挙げられる。そのようなスラリーは、スラリーの総重量を基準としてセリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外の研削粒子を０．１重量パーセント以下、例えば、スラリーの総重量を基準としてセリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外の研削粒子を０．０５または０．０１重量パーセント未満含有していてもよい。別の言い方をすれば、そのようなスラリーは、スラリー中の研削粒子の総重量当たりセリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外の研削粒子を０．５重量パーセント以下含有していてもよく、例えば、シリカ、またはジルコニアベースの粒子以外の研削剤粒子、例えば、スラリー中の研削粒子の総重量当たりセリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外の研削粒子を０．１、０．０５、または０．０１重量パーセント未満含有していてもよい。
誘電体材料を研磨するのに有用なセリア粒子は、ＣＭＰ技術で知られており、市販されている。例としては、特に、湿式法セリア、焼成セリア、及び金属ドープセリアと呼ばれるタイプが挙げられる。同様に、誘電体材料を研磨するのに有用なジルコニア粒子は、ＣＭＰ技術で知られており、市販されている。例としては、特に、金属ドープジルコニア及び非金属ドープジルコニアが挙げられる。金属ドープジルコニアの中では、ドーパント元素の重量パーセンテージが好ましくは０．１〜２５％の範囲のセリウム、カルシウム、マグネシウム、またはイットリウムがドープされたジルコニアである。
適切なジルコニア粒子の例は、特許ＷＯ２０１２／０９２３６１（その全体が本明細書に組み込まれる）及びそこで引用されている参考文献に記載されている。本出願で記載されるスラリーに適するジルコニア粒子の例としては、単斜晶相、正方晶相、及び立方晶相、または混合相が挙げられる。ドーピング純度に関して、ジルコニア粒子は、セリア、カルシア、イットリア、マグネシア、またはそれらのいずれかの組み合わせを最大５０重量％ドープすることができる。好ましい金属酸化物のドーピング範囲は０．１〜２０重量％である。イットリアをドーパントとして使用するとき、ジルコニアは一般にイットリア安定化ジルコニアと呼ばれる。ジルコニア粒子は、例えば、約１０〜１０００ｎｍ、例えば３０〜２５０ｎｍ等のＤ５０（重量平均基準）を有する粒径分布を有する。ジルコニア粒子は、好ましくは酸性ｐＨ（例えばｐＨ４．０）において正のゼータ電位を示す。ジルコニア粒子は、塩基を用いてその塩化物塩を沈殿させ、水熱処理の有無にかかわらず焼成することにより製造することができる。あるいは、炭酸ジルコニア（Ｚｒ（ＣＯ３）（ＯＨ）２）を焼成して直接製造することができる。好ましい焼成温度は、５００℃〜１７００℃の範囲であり、最も好ましくは７５０℃〜１１００℃の範囲である。
記載されているようなスラリーで使用するためのある特定の好ましいセリア粒子としては、“Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｃｅｒｉａ Ａｂｒａｓｉｖｅ”という名称の２０１５年３月に出願された本出願人の係属中の米国仮特許出願第１４／６３９，５６４号に記載されているものが挙げられる。本明細書の好ましい研磨組成物は、湿式法セリア粒子を含むその仮出願に記載されているような研削粒子を含有することができる。その中では、大きさ、組成、調製方法、粒径分布、または他の機械的もしくは物理的特性に基づいて、単一のタイプの研削粒子または複数の異なるタイプの研削粒子を含有することができるスラリーが記載されている。その記載及び本明細書の記載は、スラリーが少なくともこの「第１の」研削粒子を含有するスラリーを指しており、そのスラリーは、少なくともこの「第１の」タイプの研削粒子を含有し、またその「第１の」研削粒子とは異なる追加の研削粒子を任意に含有していてもよいことを意味している。
セリア研削粒子は、様々な異なるプロセスによって製造することができる。例えば、セリア研削粒子は、コロイド状セリア粒子を含む沈降セリア粒子または縮合重合セリア粒子であってもよい。
もう１つの特定の例として、セリア研削粒子（例えば第１の研削粒子として）は、以下のプロセスに従って作製される湿式法セリア粒子であり得る。湿式法セリア粒子を合成する際の第１のステップは、セリア前駆体を水に溶解するステップであり得る。セリア前駆体は、任意の適切なセリア前駆体であることができ、任意の適切な電荷のセリアイオン、例えばＣｅ３＋またはＣｅ４＋を有するセリア塩を含むことができる。適切なセリア前駆物質としては、例えば硝酸セリウムＩＩＩ、硝酸アンモニウムセリウムＩＶ、炭酸セリウムＩＩＩ、硫酸セリウムＩＶ、及び塩化セリウムＩＩＩが挙げられる。好ましくは、セリア前駆体は硝酸セリウムＩＩＩである。
セリア前駆体溶液のｐＨを上昇させて非晶質Ｃｅ（ＯＨ）３を形成することができる。溶液のｐＨは、任意の適切なｐＨまで、例えば約１０以上のｐＨまで、例えば約１０．５以上のｐＨまで、約１１以上のｐＨまで、または約１２以上のｐＨまで上昇させることができる。典型的には、その溶液は約１４以下のｐＨ、例えば約１３．５以下のｐＨ、または約１３以下のｐＨを有することになる。任意の適切な塩基を用いて溶液のｐＨを上昇させることができる。適切な塩基としては、例えばＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、及び水酸化テトラメチルアンモニウムが挙げられる。エタノールアミン及びジエタノールアミン等の有機塩基も適する。その溶液は、ｐＨが上昇し、非晶質Ｃｅ（ＯＨ）３が形成されるにつれて、白く濁ることになる。
セリア前駆体溶液は、典型的には、数時間、例えば約１時間以上など、例えば約２時間以上、約４時間以上、約６時間以上、約８時間以上、約１２時間、約１６時間以上、約２０時間以上、または約２４時間以上の間混合される。典型的には、その溶液は、約１時間〜約２４時間、例えば約２時間、約８時間、または約１２時間混合される。混合が完了したら、溶液を加圧容器に移して加熱することができる。
次いで、セリア前駆体溶液を任意の適切な温度まで加熱することができる。例えば、溶液は、約５０℃以上、例えば約７５℃以上、約１００℃以上、約１２５℃以上、約１５０℃以上、約１７５℃以上、または約２００℃以上の温度まで加熱することができる。あるいは、またはさらに、溶液は、約５００℃以下、例えば約４５０℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃、または約２００℃以下の温度まで加熱することができる。したがって、溶液は、上記の終点の任意の２つによって限定される範囲内の温度まで加熱することができる。例えば、溶液は、約５０℃〜約３００℃、例えば約５０℃〜約２７５℃、約５０℃〜約２５０℃、約５０℃〜２００℃、約７５℃〜約３００℃、約７５℃〜約２５０℃、約７５℃〜約２００℃、約１００℃〜約３００℃、約１００℃〜約２５０℃、または約１００℃〜約２２５℃の温度まで加熱することができる。
セリア前駆体溶液は典型的には数時間加熱される。例えば、溶液は、約１時間以上、例えば約５時間以上、約１０時間以上、約２５時間以上、約５０時間、約７５時間以上、約１００時間以上、または約１１０時間以上の間加熱することができる。あるいは、またはさらに、溶液は、約２００時間以下、例えば約１８０時間以下、約１６５時間以下、約１５０時間以下、約１２５時間以下、約１１５時間以下、または約１００時間以下の間加熱することができる。したがって、溶液は、上記の終点の任意の２つによって限定される時間加熱することができる。例えば、溶液は、約１時間〜約１５０時間、例えば約５時間〜約１３０時間、約１０時間〜約１２０時間、約１５時間〜約１１５時間、または約２５時間〜約１００時間加熱することができる。
加熱後、セリア前駆体溶液を濾過して沈殿セリア粒子を分離することができる。沈殿粒子は、過剰の水ですすいで未反応のセリア前駆体を除去することができる。沈殿粒子と過剰の水との混合物は、各すすぎステップ後に濾過して不純物を除去することができる。十分に洗浄したら、セリア粒子は、追加の加工のために、例えば焼結のために、乾燥させることができるか、またはセリア粒子は直接再分散させることができる。
セリア粒子は、任意に、再分散前に乾燥させ、焼結させることができる。用語「焼結」及び「焼成」は、本明細書では交換可能に使用され、以下に記載される条件下でのセリア粒子の加熱を指す。セリア粒子を焼結することは、それらの生成する結晶性に影響を及ぼす。いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、高温でかつ長時間セリア粒子を焼結することは、粒子の結晶格子構造中の欠陥を減少させると考えられる。任意の適切な方法を用いてセリア粒子を焼結することができる。一例として、セリア粒子を、乾燥させ、次いで高温で焼結することができる。乾燥は、室温または高温で行うことができる。特に、乾燥は、約２０℃〜約４０℃、例えば約２５℃、約３０℃、または約３５℃の温度で行うことができる。あるいは、またはさらに、乾燥は、約８０℃〜約１５０℃の高温で、例えば約８５℃、約１００℃、約１１５℃、約１２５℃、または約１４０℃で行うことができる。セリア粒子を乾燥させた後、それらを粉砕して粉末を作ることができる。粉砕は、ジルコニア等の任意の適切な粉砕材料を用いて行うことができる。
セリア粒子は、任意の適切なオーブンで任意の適切な温度で焼結することができる。例えば、セリア粒子は、約２００℃以上の温度、例えば約２１５℃以上、約２２５℃以上、約２５０℃以上、約２７５℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、または約３７５℃以上の温度で焼結することができる。あるいは、またはさらに、セリア粒子は、約１０００℃以下の温度で、例えば約９００℃以下、約７５０℃以下、約６５０℃以下、約５５０℃以下、約５００℃以下、約４５０℃以下、または約４００℃以下の温度で焼結することができる。したがって、溶液は、上記の終点の任意の２つによって限定される時間加熱することができる。例えば、セリア粒子は、約２００℃〜約１０００℃の温度で、例えば約２５０℃〜約８００℃、約３００℃〜約７００℃、約３２５℃〜約６５０℃、約３５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約５５０℃、約４００℃〜約５５０℃、約４５０℃〜約８００℃、約５００℃〜約１０００℃、または約５００℃〜約８００℃の温度で焼結することができる。
セリア粒子は、任意の適切な時間にわたって焼結することができる。例えば、セリア粒子は、約１時間以上、例えば約２時間以上、約５時間以上、または約８時間以上焼結することができる。あるいは、またはさらに、セリア粒子は、約２０時間以下、例えば約１８時間以下、約１５時間以下、約１２時間以下、または約１０時間以下の間焼結することができる。したがって、セリア粒子は、上記の終点の任意の２つによって限定される時間焼結することができる。例えば、セリア粒子は、約１時間〜約２０時間、例えば約１時間〜約１５時間、約１時間〜約１０時間、約１時間〜約５時間、約５時間〜約２０時間、または約１０時間〜約２０時間焼結することができる。
セリア粒子はまた、上記の範囲内の様々な温度及び様々な時間にわたって焼結することもできる。例えば、セリア粒子は、ゾーン炉内で焼結することができ、そこでは、セリア粒子を様々な時間にわたって１つ以上の温度に曝露する。一例として、セリア粒子は、約２００℃〜約１０００℃の温度で約１時間以上焼結することができ、次いで約２００℃〜約１０００℃の範囲内の異なる温度で約１時間以上焼結することができる。
乾燥、粉砕、及び任意の焼結等の後、セリア粒子は、適切な液体担体、例えば水性担体、特に水に再分散することができる。セリア粒子が焼結される場合、セリア粒子は、焼結完了後に再分散される。任意の適切なプロセスを用いてセリア粒子を再分散することができる。典型的には、セリア粒子は、適切な酸を用いてセリア粒子と水との混合物のｐＨを低下させることによって再分散される。ｐＨが低下すると、セリア粒子の表面はカチオン性ゼータ電位を生じる。このカチオン性ゼータ電位は、セリア粒子間に反発力を作り出し、それらの再分散を容易にする。任意の適切な酸を用いて混合物のｐＨを低下させることができる。適切な酸の例としては塩酸及び硝酸が挙げられる。高度に水溶性であり、かつ親水性官能基を有する有機酸も適する。適切な有機酸としては、例えば特に酢酸が挙げられる。Ｈ３ＰＯ４及びＨ２ＳＯ４等の多価アニオンを有する酸は一般に好ましくない。混合物は任意の適切なｐＨまで低下させることができる。例えば、混合物のｐＨは、約２〜約５、例えば約２．５、約３、約３．５、約４、または約４．５に低下させることができる。典型的には、混合物のｐＨは約２未満まで低下される。
再分散したセリア粒子は、典型的には、それらの粒径を小さくするために粉砕される。好ましくは、セリア粒子は、再分散と同時に粉砕することができる。粉砕は、ジルコニア等の任意の適切な粉砕材料を使用して行うことができる。粉砕はまた、超音波処理手順または湿式ジェット手順を用いて行うこともできる。粉砕後、セリア粒子を濾過してあらゆる残留している大きな粒子を除去することができる。例えば、セリア粒子は、約０．３μｍ以上、例えば約０．４μｍ以上、または約０．５μｍ以上の孔径を有するフィルターを使用して濾過することができる。
特定の好ましい研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径を有することができる。粒子の粒径は粒子を包含する最小の球の直径である。粒径は、様々な既知で適切な技術のいずれかを使用して測定することができる。例えば、粒径は、ディスク遠心分離機によって、すなわち示差遠心沈降（ＤＣＳ）を使用して測定することができる。適切なディスク遠心分離機粒径測定装置は、例えばＣＰＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（ルイジアナ州プレイリービル）から市販されており、例えばＣＰＳ Ｄｉｓｃ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ Ｍｏｄｅｌ ＤＣ２４０００ＵＨＲである。特に明記しない限り、本明細書に報告され特許請求されているメジアン粒径値はディスク遠心分離機の測定に基づく。
好ましいセリア研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、約４０ｎｍ以上、例えば約４５ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約５５ｎｍ以上、約６０ｎｍ以上、約６５ｎｍ以上、約７０ｎｍ以上、約７５ｎｍ以上、または約８０ｎｍ以上のメジアン粒径を有することができる。あるいは、またはさらに、セリア研削粒子は、約１００ｎｍ以下、例えば約９５ｎｍ以下、約９０ｎｍ以下、約８５ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７５ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、または約６５ｎｍ以下のメジアン粒径を有することができる。したがって、セリア研削粒子は、上記の終点の任意の２つによって限定される範囲内のメジアン粒径を有することができる。例えば、セリア研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、例えば、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８５ｎｍ、または約６５ｎｍ〜約７５ｎｍのメジアン粒径を有することができる。好ましい研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍのメジアン粒径、例えば約６５ｎｍのメジアン粒径、約７０ｎｍのメジアン粒径、または約７５ｎｍのメジアン粒径を有することができる。
研削粒子（例えば第１研削粒子）は、任意の有用な濃度（例えば濃度の総重量当たり）で研磨組成物中に存在することができる。有用な濃度の例示的な範囲は、研磨組成物の約０．００５〜約２重量パーセントであり得る。例えば、第１の研削粒子は、約０．００５重量パーセント以上、例えば約０．００７５重量パーセント以上、約０．０１重量パーセント以上、約０．０２５重量パーセント以上、約０．０５重量パーセントパーセント以上、約０．０７５重量パーセント以上、約０．１重量パーセント以上、または約０．２５重量パーセント以上の濃度で研磨組成物中に存在することができる。あるいは、またはさらに、第１の研削粒子は、約２重量パーセント以下、例えば約１．７５重量パーセント以下、約１．５重量パーセント以下、約１．２５重量パーセント以下、約１重量パーセントパーセント以下、約０．７５重量パーセント以下、約０．５重量パーセント以下、または約０．２５重量パーセント以下の濃度で研磨組成物中に存在することができる。したがって、研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、上記の終点の任意の２つによって限定される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在することができる。例えば、研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、スラリーの総重量を基準として、約０．００５重量パーセント〜約２重量パーセント、例えば約０．００５重量パーセント〜約１．７５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．２５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約１．５重量パーセント、または約０．１重量パーセント〜約１重量パーセントの濃度で研磨組成物中に存在することができる。
ある特定の好ましいスラリータイプは、研磨組成物の総重量を基準として、例えば約０．１重量パーセント〜約０．５重量パーセント等のこの範囲の下端において、例えば約０．１５重量パーセント〜約０．４重量パーセント、約０．１５重量パーセント〜約０．３５重量パーセント、または約０．２重量パーセント〜約０．３重量パーセントで、第１の研削粒子を含有することができる。より好ましくは、スラリーは、研磨組成物の総重量を基準として、約０．１重量パーセント〜約０．３重量パーセント、例えば約０．１重量パーセント、約０．１５重量パーセント、約０．２重量パーセント、約０．２５重量パーセント、約０．２８重量パーセント、または約０．２９重量パーセントの濃度で、第１の研削粒子を含有していてもよい。
好ましい第１の研削粒子は、少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有することができる。粒径分布は、最大粒子の粒径と最小粒子の粒径との間の差を指す。例えば、第１の研削粒子は、少なくとも約３１５ｎｍ、例えば少なくとも約３２０ｎｍ、少なくとも約３２５ｎｍ、少なくとも約３３０ｎｍ、少なくとも約３４０ｎｍ、少なくとも約３５０ｎｍ、少なくとも約３５５ｎｍ、少なくとも約３６０ｎｍ、少なくとも約３６５ｎｍ、少なくとも約３７０ｎｍ、少なくとも約３７５ｎｍ、または少なくとも約３８０ｎｍの粒径分布を有することができる。好ましくは、第１の研削粒子は、少なくとも約３２０ｎｍ、例えば少なくとも約３２５ｎｍ、少なくとも約３３５ｎｍ、または少なくとも約３５０ｎｍの粒径分布を有する。第１の研削粒子はまた、好ましくは、約５００ｎｍ以下、例えば約４７５ｎｍ以下、約４５０ｎｍ以下、約４２５ｎｍ以下、または約４１５ｎｍ以下の粒径分布を有することもできる。したがって、研削粒子（例えば第１の研削粒子）は、上記の終点の任意の２つによって限定される範囲内の粒径分布を有することができる。例えば、研削粒子は、約３１５ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約３２０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、約３２５ｎｍ〜約４７５ｎｍ、約３３５ｎｍ〜約４６０ｎｍ、または約３４０ｎｍ〜約４５０ｎｍの粒径分布を有することができる。
記載の第１の研削粒子は、任意の適切な最大粒径及び任意の適切な最小粒径を有することができ、好ましい粒子は少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する。例えば、研削粒子は、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、例えば約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約２５ｎｍの最小粒径を有することができる。好ましくは、第１の研削粒子は、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、例えば約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、または約２５ｎｍの最小粒径を有する。研削粒子は、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約２５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの最大粒径を有することができる。好ましくは、第１の研削粒子は、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、例えば約３７５ｎｍ、約４００ｎｍ、または約４２５ｎｍの最大粒径を有する。
研磨組成物は、任意に、追加の研削粒子（例えば第２の研削粒子、第３の研削粒子等）を含有することができる。追加の研削粒子は、例えば、第１の研削粒子とは異なる金属の金属酸化物研削粒子であることができ、例えばチタニア（例えば二酸化チタン）、ゲルマニア（例えば二酸化ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム）、マグネシア（例えば酸化マグネシウム）、酸化ニッケル、それらの共生成物（ｃｏ−ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ）、またはそれらの組み合わせの金属酸化物研削粒子であることができる。追加の研削粒子はまた、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、またはポリアクリレートの有機粒子でもあり得る。あるいは、研磨組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式法セリア粒子である第１の研削粒子を含有することができ、その研磨組成物はなんらの追加の（第２または第３の）研削粒子を含まない。
追加の研削粒子はまた、研磨組成物の第１の研削粒子と比べて異なるタイプのセリアであり、すなわち湿式法セリア粒子ではない、例えばヒュームドセリア粒子または焼成セリア粒子であるセリア（例えば酸化セリウム）の金属酸化物研磨粒子でもあり得る。あるいは、研磨組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式法セリア粒子である第１の研削粒子を含有することができ、その研磨組成物はなんらの追加のセリア粒子を含まない。
研磨組成物が追加の研削粒子（例えば第２の研削粒子、第３の研削粒子等）を含むとき、その追加の研削粒子は任意の適切なメジアン粒径を有することができる。例えば、研磨組成物は、約１ｎｍ〜約６０ｎｍ、例えば約１ｎｍ〜約５５ｎｍ、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３５ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３５ｎｍ、または約１５ｎｍ〜約３０ｎｍのメジアン粒径を有する第２の研削粒子を含むことができる。あるいは、第２の研削粒子は、約１００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約１０５ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１１５ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１３５ｎｍ〜約３２５ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約３１５ｎｍ、約１７５ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約２７５ｎｍ、または約２２５ｎｍ〜約２５０ｎｍのメジアン粒径を有することができる。好ましくは、追加の研削粒子（例えば第２の研削粒子、第３の研削粒子等）は、約１ｎｍ〜約３５ｎｍのメジアン粒径、または約１２５ｎｍ〜約３００ｎｍのメジアン粒径を有することができる。
追加の研削粒子（全体で、例えば第２の研削粒子、第３の研削粒子等）は、第１の研削粒子に加えて、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。ある特定のスラリーの実施形態では、追加の研削粒子は、スラリーの総重量を基準として約０．００５重量パーセント〜約２重量パーセントの濃度で存在することができる。例えば、追加の研削粒子は、約０．００５重量パーセント以上、例えば約０．００７５重量パーセント以上、約０．０１重量パーセント以上、約０．０２５重量パーセント以上、約０．０５重量パーセントパーセント以上、約０．０７５重量パーセント以上、約０．１重量パーセント以上、または約０．２５重量パーセント以上の濃度で研磨組成物中に存在することができる。あるいは、またはさらに、追加の研削粒子は、スラリーの総重量を基準として、約２重量パーセント以下、例えば約１．７５重量パーセント以下、約１．５重量パーセント以下、約１．２５重量パーセント以下、約１重量パーセントパーセント以下、約０．７５重量パーセント以下、約０．５重量パーセント以下、または約０．２５重量パーセント以下の濃度で研磨組成物中に存在することができる。したがって、追加の研削粒子は、上記の終点の任意の２つによって限定される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在することができる。例えば、好ましい研磨組成物は、（上記した第１の研削粒子のある量に加えて）、約０．００５重量パーセント〜約２重量パーセント、例えば約０．００５重量パーセント〜約１．７５重量パーセント、、約０．００５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．２５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約１．７５重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約２重量パーセント、または約０．１重量パーセント〜約１．５重量パーセントの濃度で第２研削粒子を含むことができる。より好ましくは、追加の研削粒子は、約０．０１重量パーセント〜約０．５重量パーセント、例えば約０．０２５重量パーセント、約０．０５重量パーセント、約０．０８重量パーセント、約０．１重量パーセント、約０．１５重量パーセント、約０．２重量パーセント、約０．２５重量パーセント、約０．３重量パーセント、または約０．４重量パーセントの濃度で存在することができる。
研磨組成物が追加の研削粒子（例えば第２の研削粒子、第３の研削粒子等）を含有するとき、その研磨組成物は選択的に多峰性の粒径分布を示すことができる。本明細書で使用される用語「多峰性」は、研磨組成物が少なくとも２つの極大（例えば２つ以上の極大、３つ以上の極大、４つ以上の極大、または５つ以上の極大）を有する粒径分布を示すことを意味している。特に、研磨組成物が第２の研削粒子を含有するとき、その研磨組成物は二峰性の粒径分布を示すことができ、すなわち、その研磨組成物は２つのメジアン粒径極大を有する粒径分布を示す。用語「最大」及び「極大」は粒径分布における１つのピークまたは複数のピークを意味する。１つまたは複数のピークは、第１、第２、及び任意の追加の研削粒子に関して本明細書に記載されるメジアン粒径に対応している。したがって、例えば、研磨組成物が第１の研削粒子及び第２の研削粒子を追加の研削粒子無しで含有するとき、粒子の数または粒子の相対重量対粒径のプロットは、二峰性の粒径分布を反映することができ、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍの粒径範囲において第１のピークを有し、約１ｎｍ〜約３５ｎｍの粒径範囲において第２のピークを有する。
研磨組成物中に存在する第１の研削粒子及び任意の追加の研削粒子は、望ましくは、研磨組成物中に懸濁され、より具体的には、研磨組成物の水性担体中に懸濁される。研削粒子が研磨組成物中に懸濁されるとき、研削粒子は好ましくはコロイド的に安定である。コロイドという用語は、水性担体中の研削粒子の懸濁を指す。コロイド安定性は、その懸濁液を経時的に維持することと関連がある。本発明の文脈では、研削粒子を１００ｍｌのメスシリンダーに入れ、２時間撹拌せずに静置するとき、メスシリンダーの底部の５０ｍｌにおける粒子濃度（［Ｂ］、単位ｇ／ｍｌ）と、メスシリンダーの上部５０ｍｌにおける粒子の濃度（［Ｔ］、単位ｇ／ｍｌ）と差を、研削組成物における粒子の初期濃度（［Ｃ］、単位ｇ／ｍｌ）で割る（すなわち｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）と０．５以下である場合、コロイド的に安定であると考えられる。［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は望ましくは０．３以下であり、好ましくは０．１以下である。
研磨組成物は、約７未満、例えば約１〜約６．５のｐＨを示し得る。典型的には、研磨組成物は約３以上のｐＨを有する。また、研磨組成物のｐＨは典型的には約６以下である例えば、ｐＨは約３．５〜約６．５の範囲、例えば約３．５のｐＨ、約４のｐＨ、約４．５のｐＨ、約５のｐＨ、約５．５のｐＨ、約６のｐＨ、約６．５のｐＨ、またはこれらのｐＨ値の任意の２つによって規定される範囲のｐＨを有することができる。
好ましい研磨組成物はさらに、ｐＨ調整剤を含み、それは任意の適切なｐＨ調整剤であり得る。例えば、ｐＨ調整剤は、アルキルアミン、アルコールアミン、第四級アミン水酸化物、アンモニア、またはそれらの組み合わせであり得る。特に、ｐＨ調整剤は、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨまたはＴＭＡ−ＯＨ）、またはテトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＨまたはＴＥＡ−ＯＨ）であり得る。ある特定の好ましい実施形態では、ｐＨ調整剤はトリエタノールアミンであり得る。
ｐＨ調整剤は、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。望ましくは、ｐＨ調整剤は、本明細書に記載のｐＨ範囲内、例えば約７未満、例えば約１〜約６の範囲等、または約３．５〜約５の範囲の研磨組成物のｐＨを達成または維持する量で存在する。例えば、ｐＨ調整剤は、約１０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、例えば約５０ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、または約１００ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在することができる。
研磨組成物は、水（例えば脱イオン水）を含有し、任意には１つ以上の水混和性有機溶媒を含有することができる水性担体を含む。使用することができる有機溶媒の例としては、アルコール、例えばプロペニルアルコール、イソプロピルアルコール、エタノール、１−プロパノール、メタノール、１−ヘキサノール等；アルデヒド、例えばアセチルアルデヒド等；ケトン、例えばアセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン等；エステル、例えばギ酸エチル、蟻酸プロピル、酢酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、乳酸エチル等；エーテル、例えばスルホキシド、例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ダイグライム等；アミド、例えばＮ，Ｎ‐ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジン、Ｎ−メチルピロリドン等；多価アルコール及びその誘導体、例えばエチレングリコール、グリセロール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等；及び例えばアセトニトリル、アミルアミン、イソプロピルアミン、イミダゾール、ジメチルアミン等の窒素含有有機化合物が挙げられる。好ましくは、水性担体は、水単独であり、有機溶媒は存在しないか、またはほんのわずかな量の有機溶媒、例えば０．１、０．０５、０．０１、または０．００５重量パーセント未満の有機溶媒が存在している。
研磨組成物は添加剤として追加の成分を含むことができる。任意の添加剤の一例は、カルボン酸モノマー、スルホン化モノマーまたはホスホン化モノマー、及びアクリレートモノマーを包含するモノマーから誘導されるアニオンコポリマーである。他の例としては、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール（例えばポリエチレングリコール）、及びポリビニルアルコール（例えば２−ヒドロキシエチルメタクリル酸とメタクリル酸とのコポリマー）を包含する他のポリマー（例えば非イオン性ポリマー）が挙げられる。さらに他の任意の添加剤としては、シラン、例えばアミノシラン、ウレイドシラン、及びグリジルシランが挙げられる。さらに他の任意の添加剤としては、官能化ピリジンのＮ−オキシド（例えばピコリン酸Ｎ−オキシド）、デンプン、シクロデキストリン（例えばアルファ−シクロデキストリンまたはβ−シクロデキストリン）、またはそれらの２つ以上の組み合わせが挙げられる。
ポリビニルピロリドンは、添加剤として有用であることができ、任意の適切な分子量を有することができる。例えば、添加剤としてのポリビニルピロリドンは、約１０，０００グラムパーモル（ｇ／ｍｏｌ）〜約１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば約２０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、３０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、４０，０００ｇ／ｍｏｌ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、または６０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の分子量を有することができる。
スラリーが添加剤として非イオン性ポリマーを含み、その非イオン性ポリマーがポリエチレングリコールであるとき、ポリエチレングリコールは任意の適切な分子量を有することができる。例えば、ポリエチレングリコールは、約２００ｇ／ｍｏｌ〜約２００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば約８０００ｇ／ｍｏｌ、約１００，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有することができる。
スラリーが添加剤としてシランを含むとき、シランは、任意の適切なアミノシラン、ウレイドシラン、またはグリシジルシランであり得る。いくつかの特定の例としては、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルシラントリオール、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラントリオール、（Ｎ、Ｎ−ジメチル−３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、及び３−グリシドプロピルジメチルエトキシシラン等が挙げられる。
研磨組成物におけるある特定の特に好ましい添加剤としては、２−ヒドロキシエチルメタクリル酸とメタクリル酸とのコポリマー、ポリビニルピロリドン、アミノプロピルシラントリオール、ピコリン酸Ｎ−オキシド、ピコリン酸、デンプン、アルファ−シクロデキストリン、ベータ−シクロデキストリン、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
１つの添加剤または複数の添加剤（全体で、例えばカルボン酸モノマー、スルホン化モノマー、またはホスホン化モノマーとアクリレート、ポリビニルピロリドン、またはポリビニルアルコールとのアニオン性コポリマー；シラン；官能化ピリジンのＮ−オキシド；ピコリン酸；デンプン；シクロデキストリン；またはそれらの組み合わせ）は、任意の適切な濃度において、記載の研磨組成物中に存在することができる。好ましくは、１つの添加剤または複数の添加剤は、約１ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、例えば約５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２７５ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、または約１００ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。より好ましくは、１つの添加剤または複数の添加剤は、約１ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、例えば約１ｐｐｍ〜約２７５ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、または約３５ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。
特定の実施形態では、ピコリン酸をスラリーに含めることができる。ピコリン酸の量は、任意の所望の量であることができ、例えば１ｐｐｍ〜１，０００ｐｐｍ等、例えば１００ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、例えば２５０ｐｐｍ〜７５０ｐｐｍ等の範囲の量であることができる。本明細書で使用されるｐｐｍは重量対重量基準の百万分率である。すなわち１，０００ｐｐｍは０．１重量％に相当する。除去速度加速剤と比較して、ピコリン酸の例示的な範囲は、除去速度加速剤の重量を基準としてピコリン酸を約５〜８０重量パーセント、例えば除去速度加速剤の重量を基準としてピコリン酸を２０〜６０重量パーセントであることができる。
記載の研磨組成物はまた任意にカチオン性ポリマーを含んでいてもよい。そのカチオン性ポリマーは、第四級アミン、カチオン性ポリビニルアルコール、カチオン性セルロース、及びそれらの組み合わせから選択される。研磨組成物は、任意に、上記の添加剤のうちの１つ以上に加えて、すなわちカルボン酸モノマー、スルホン化モノマーまたはホスホン化モノマー、及びアクリレート；ポリビニルピロリドンまたはポリビニルアルコール；ポリエチレングリコール；非イオン性ポリマー；シラン；官能化ピリジンのＮ−オキシド；デンプン；及びシクロデキストリンのアニオン性コポリマーのうちの１つ以上に加えて、第四級アミン、カチオン性ポリビニルアルコール、カチオン性セルロース、及びそれらの組み合わせから選択されるカチオン性ポリマーを含むことができる。あるいは、研磨組成物は、上記したそれらの添加剤のうちの１つ以上を有していないカチオンポリマーを含むことができる。
カチオン性ポリマーは、第四級アミン基を含有するポリマーであり得るか、または第四級アミンモノマーから作製され得る。例えば、カチオンポリマーは、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）ハリド、例えばポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）クロリド（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）ハリド、例えばポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）クロリド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、及びポリクオタニウム−２から選択することができる。好ましくは、カチオンポリマーが第四級アミンポリマーであるとき、カチオンポリマーはポリ（ビニルイミダゾリウム）である。
あるいは、カチオン性ポリマーは、任意の適切なカチオン性ポリビニルアルコールまたはカチオン性セルロースであり得る。好ましくは、カチオン性ポリマーはカチオン性ポリビニルアルコールである。例えば、カチオン性ポリビニルアルコールはＮｉｐｐｏｎ Ｇｏｓｅｉ ＧＯＨＳＥＦＩＭＥＲ Ｋ２１０（商標）ポリビニルアルコール製品であり得る。
カチオン性ポリマー（全体で、例えば第四級アミンポリマー、カチオン性ポリビニルアルコール、カチオン性セルロース、またはそれらの組み合わせ）は、研磨組成物中に、任意の適切な濃度で、例えば約１ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、例えば、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約４０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約２５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約２２５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２１５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約１７５ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、または約３０ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍの濃度で存在することができる。
カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）であるとき、カチオン性ポリマーは、研磨組成物中に、好ましくは、約１ｐｐｍ〜約１０ｐｐｍ、例えば約２ｐｐｍ、約５ｐｐｍ、約６ｐｐｍ、約７ｐｐｍ、約８ｐｐｍ、または約９ｐｐｍの濃度で存在することができる。より好ましくは、カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）であるとき、カチオン性ポリマーは、研磨組成物中に、好ましくは、約１ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、例えば約２ｐｐｍ、約３ｐｐｍ、または約４ｐｐｍの濃度で存在することができる。
研磨組成物はまた、任意にカルボン酸を含むこともできる。カルボン酸は、例えば約１〜約６、例えば約２〜約６、例えば約３．５〜約５等のｐＫａを有する任意の適切なカルボン酸であり得る。有用なカルボン酸の例としては、酢酸、プロピオン酸、及びブタン酸が挙げられる。
カルボン酸は、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。好ましくは、カルボン酸は、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、例えば約１０ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約７５０ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３５ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ〜約４２５ｐｐｍ、約５５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、または約７５ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。より好ましくは、カルボン酸は、約２５ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍ、例えば約４０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ、約６０ｐｐｍ、約７５ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ、または約１２５ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在することができる。
望ましくは、研磨組成物のｐＨはカルボン酸のｐＫａの約２単位以内であり得る。例として、研磨組成物のｐＨが約３．５である場合、カルボン酸のｐＫａは好ましくは約１．５〜約５．５である。
研磨組成物がカチオン性ポリマーを含むとき、かつカチオン性ポリマーが第四級アミンポリマーであるとき、研磨組成物は好ましくはカルボン酸も含む。研磨組成物がカチオン性ポリマーを含み、かつカチオン性ポリマーがカチオン性ポリビニルアルコール及びカチオン性セルロースから選択されるとき、研磨組成物は任意にカルボン酸をさらに含む。
研磨組成物は、任意に、粘度増強剤及び凝固剤（例えばウレタンポリマー等のポリマーレオロジー制御剤）、分散剤、殺生物剤（例えばＫＡＴＨＯＮ（商標）ＬＸ）等を含む界面活性剤またはレオロジー制御剤等の１つ以上の他の添加剤を含むことができる。適切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、アニオン性高分子電解質、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、それらの混合物が挙げられる。
本明細書の好ましい研磨組成物は、誘電体材料、例えばパターン誘電体のＣＭＰ加工に使用されるように設計される。この目的のために、その研磨組成物は、基板の金属表面を加工するために設計されておらず、また基板の金属表面を加工する場合に有効であることを要求されない。したがって、これらの好ましい研磨組成物は、金属表面を加工するために設計されかつ有効なＣＭＰ組成物の研磨成分及び化学成分を除外することができ、そのような化学成分の例は金属不動態化剤及び金属キレート剤である。これらの好ましいスラリーは、ＣＭＰ加工中に金属不動態化剤としてまたは金属キレート化剤として作用することを意図される化学成分を必要とせず、好ましくは除外することができる。勿論、これは、特に、金属含有基板を加工するために使用されるスラリー中に存在する場合、金属不動態化（例えばサリチルヒドロキサム酸）または金属キレート化の挙動のいずれかを示し得る化学物質を含有するものとして本明細書記載のスラリーが表現され得る範囲において、この明細書のすべてのスラリーが、あるレベルの金属不動態化または金属キレート化の挙動を示し得る任意の形態の成分を除外することを要求しない。代わりに、スラリーの実施形態は、金属不動態化または金属キレート化または金属キレート化を引き起こすことが意図されるかまたは有効である成分（特定の除去速度加速剤等の本明細書で詳細に記載される成分とは異なる）を必要とせずに有用であり得る。あるレベルの金属不動態化（例えばサリチルヒドロキサム酸または他の除去速度加速剤）または金属キレート化活性を示し得る本スラリーにおいて有用として詳細に記載される成分を含まないが、いくつかのスラリーの実施形態は、金属不動態化材料または金属キレート化材料である成分の非実質量以下、例えば、スラリーの総重量を基準として０．００１、０．０００５、または０．０００１重量パーセント未満の金属不動態化剤、スラリーの総重量を基準として０．０１、０．００５、または０．００１重量％未満の金属キレート化合物を含むことができる。
本明細書のスラリーにおいて必要とされない、そして本明細書のスラリーから特に除外され得る特定の金属不動態化剤の例は、米国特許第８，４３５，４２１号の組成物の「第２の膜形成性金属不動態化剤」として認められる（その全体が参照により本明細書に組み込まれる）（第６欄、２９〜６７行を参照されたい）。これらの薬剤は、一般式（ＩＩ）：Ｚ−Ｘ２（Ｙ２Ｒ５）（Ｙ３Ｒ６）を有する化合物、ならびに式（ＩＩ）の化合物の塩または他の化学（例えば塩基または酸）形態、及び式（ＩＩ）の部分的に中和された形態を含む。
式（ＩＩ）において、ＺはＮＨ２またはＯＨであり、Ｘ２はＰ＝ＯまたはＣであり、Ｙ２及びＹ３はそれぞれ独立して、Ｎ、ＮＨまたはＯであり、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立して、Ｒ７−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−（式中、Ｒ７はＨ、Ｃ１〜Ｃ２０−アルキル、フェニルまたはＣ１〜Ｃ２０アルキル置換フェニルであることができ、式中、「ｎ」は約２〜約１０００の範囲の平均値を有する）であることができる、またはＹ２及びＹ３がそれぞれ独立して、ＮまたはＮＨであるとき、Ｒ５及びＲ６はそれぞれ独立して、Ｎ、ＮＨ、またはＣＨであることができ、一緒になってＸ２、Ｙ２、及びＹ３と５員環のヘテロ環を形成することができる。好ましくは、Ｒ７はＣ１−Ｃ２０−アルキル、フェニル、またはＣ１−Ｃ２０−アルキル−置換フェニルである。いくつかの好ましい実施形態ではＲ７はＣ１−Ｃ２０−アルキル−置換フェニルであり、特にノニルフェニルである。
式（ＩＩ）の化合物の非限定的な例としては、ヘテロ環（例えば５−アミノテトラゾール、５−アミノ−−１，２，−４−トリアゾール等）、及びリン酸エステル、例えばビスペグ化リン酸エステル、特に、ホスフェート基の２個の酸素に結合したポリ（オキシエチレン）鎖を含むリン酸エステルが挙げられ、ここで、そのポリ（オキシエチレン）鎖は、アリールエーテル基（例えばフェニル）、アルキルエーテル基（例えばラウリルまたはステアリル等のＣ１−Ｃ２０−アルキル）、またはアルキルアリールエーテル基（例えばノニルフェニル等のＣ１−Ｃ２０−アルキルフェニル）によって終端される。用語「ポリ（オキシエチレン）」は、ポリ（オキシエチレン）鎖１つ当たり、平均２〜約１０００のオキシエチレン（−ＯＣＨ２ＣＨ２−）モノマー単位、好ましくは２〜１００（例えば５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０）のオキシエチレン単位を有するポリマーまたはオリゴマーを指す。リン酸エステル型不動態化剤の１つの特定の例は、ＨｕｎｔｓｍａｎからＳＵＲＦＯＮＩＣ（商標）ＰＥ １１９８の商品名で市販されているビス−（ノニルフェニルポリ（オキシエチレン））リン酸エステル（ＮＰＰＯＰ）である。
本明細書のスラリーにおいて必要とされない、そして本明細書のスラリーから特に除外され得る特定の金属キレート化剤の例は、米国特許第８，４３５，４２１号の第７欄、１７〜５１行において組成物の「第２の膜形成性金属不動態化剤」として認められる。これらのものとしては、シュウ酸、アミノ置換カルボン酸（例えば、アミノポリカルボキシレート、例えばイミノ二酢酸（ＩＤＡ）、エチレンジアミン二コハク酸（ＥＤＤＳ）、イミノ二コハク酸（ＩＤＳ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）等、ならびにアルファ−アミノ酸、例えばグリシン、ベータ−アミノ酸等）；ヒドロキシル置換カルボン酸（例えば、グリコール酸及び乳酸、ならびにヒドロキシルポリカルボン酸、例えばリンゴ酸、クエン酸、酒石酸等）；ホスホノカルボン酸；アミノホスホン酸；上記したもののいずれかの塩；上記したものの２つ以上の組み合わせ；等が挙げられる。
研磨組成物は、任意の有用な方法で調製することができ、その多くの例は当業者に知られている。研磨組成物はバッチプロセスまたは連続プロセスで調製することができる。一般に、研磨組成物は、その構成成分を任意の順序で適切に混合して構成成分の均一な混合物（スラリー）を製造することによって調製することができる。本明細書で使用される用語「構成成分」は、個々の成分（例えば第１の研削粒子、ヒドロキサム酸、または置換ヒドロキサム酸、ｐＨ調整剤等）ならびに成分の任意の組み合わせを包含する。
例えば、除去速度加速剤は所望の濃度で水に添加することができる。次いで、得られた水溶液のｐＨを（必要に応じて）調整し、研削粒子（例えば第１の研削粒子）を所望の濃度で溶液に添加することができる。他の成分もまた、溶液に一度に混和させてその成分を均一に混和させることもできる。
研磨組成物は、１つ以上の構成成分を使用前速やかにまたは直前に研磨組成物に添加することによって、ＣＭＰプロセスにおけるその使用前速やかにまたは直前に調製することができる（例えば、使用前約１分以内に、または使用前約１時間以内に、または使用前約７日以内に）。研磨組成物はまた、ＣＭＰ研磨操作中に、またはスラリーを基板に施用する直前に、基板の表面において構成成分を混合することによって調製することができる。
代替の実施形態では、研磨組成物は、商業的に輸送または貯蔵され、次いで使用前速やかな時間に、適切な量の水性担体、特に水で希釈されるように設計される濃縮物として提供することができる。これらの実施形態では、研磨組成物濃縮物は、適切な量の水で濃縮物を希釈するとき、研磨組成物の構成成分それぞれが、研磨組成物について上で規定した範囲内の量で希釈研磨組成物中に存在することになるような量で、第１の研磨粒子、除去速度加速剤、ｐＨ調整剤、及び水を含むことができる。さらに、濃縮物は、他の構成成分が濃縮物中に少なくとも部分的にまたは完全に溶解されることを保証するために、使用中に研磨組成物中に存在する水性担体（例えば水）をわずかに含有することができる。
研磨組成物は、使用の充分前にまたは使用前速やかに調製することができるが、研磨組成物はまた、使用ポイントまたは使用ポイント近くで研磨組成物の構成成分を混合することによって製造することもできる。本明細書で使用される用語「使用ポイント」は、研磨組成物が基板表面（例えば研磨パッドまたは基板表面それ自体）に施用されるポイントを指す。研磨組成物を使用ポイントでの混合によって調製すべきとき、研磨組成物の構成成分は２つ以上の貯蔵デバイスに別々に貯蔵される。
貯蔵デバイスに含まれる構成成分を混合して使用ポイントまたはその近くで研磨組成物を製造するために、貯蔵デバイスは、典型的には、各貯蔵デバイスから研磨組成物の使用ポイント（例えばプラテン、研磨パッド、または基板表面）まで導く１つ以上のフロー経路を備えている。用語「フロー経路」は、個々の貯蔵容器から、その中に貯蔵された構成成分の使用ポイントまでの流れの経路を指す。１つ以上のフロー経路は、それぞれが使用ポイントへと直接導くことができるか、または２つ以上のフロー経路が使用される状況において、フロー経路の２つ以上を任意のポイントで組み合わせて使用ポイントへと導く単一のフロー経路にすることができる。さらに、１つ以上のフロー経路（例えば、個々のフロー経路または組み合わされたフロー経路）のいずれかは、最初に、構成成分（複数を含む）の使用ポイントに到達する前に、他のデバイス（例えばポンピングデバイス、測定デバイス、混合デバイス等）の１つ以上へと導くことができる。
研磨組成物の構成成分は、独立に使用ポイントまで送達され得るか（例えば、構成成分は基板表面へと送達され、そこで構成成分は研磨プロセス中に混合される）、または構成成分は、使用ポイントへ送達する直前に組み合わせることができる。使用ポイントに到達する１０秒未満前、好ましくは使用ポイントに到達する５秒未満前、より好ましくは使用ポイントに到達する１秒未満前、または使用ポイントにおける構成成分の送達と同時でも、構成成分が組み合わされるならば、構成成分は、「使用ポイントへの送達直前に」組み合わされる（例えば、構成要素は基板または研磨パッド等の使用ポイントにおいてディスペンサーで組み合わされる）と言える。構成成分が、使用ポイントから５ｍ以内で組み合わされるならば、例えば使用ポイントの１ｍ以内またはさらに使用ポイントの１０ｃｍ以内等（例えば使用ポイントの１ｃｍ以内）で組み合わされるならば、構成成分はまた「使用ポイントへの送達直前に」組み合わされると言える。
研磨組成物の２つ以上の構成成分が使用ポイントに到達する前に組み合わされるとき、その構成成分は、フロー経路において組み合わせることができ、混合デバイスを使用せずに使用ポイントまで送達することができる。あるいは、１つ以上のフロー経路は、混合デバイス中に導いて、２つ以上の構成成分の組み合わせを容易にすることができる。任意の適切な混合デバイスを使用することができる。例えば、混合デバイスは、２つ以上の構成成分のフローが通るノズルまたはジェット（例えば高圧のノズルまたはジェット）であることができる。あるいは、混合デバイスは、研磨組成物の２つ以上の構成成分が容器型混合デバイスへと導入される１つ以上の入口と、装置に直接または装置の他の要素を介して（例えば１つまたは複数のフロー経路を介して）使用ポイントへと送達される混合構成成分が出る少なくとも１つの出口とを含む容器型混合デバイスであることができる。混合デバイスは、単一チャンバまたは２つ以上のチャンバを含み、各チャンバは少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有し、２つ以上の構成成分が各チャンバ中で組み合わされる。容器型混合デバイスが使用される場合、好ましくは、その混合デバイスは、好ましくは過度の泡または空気の閉じ込めを生じさせることなく、構成成分を均一に撹拌し組み合わせるための混合機構を含む。混合機構は、当技術分野において一般に知られており、スターラー、ブレンダー、撹拌機、パドル付きバッフル、ガススパージャシステム、バイブレータ等を含む。
記載の研磨組成物は、任意の適切な基板を研磨するのに有用であることができ、また、誘電体含有（例えば酸化ケイ素含有）表面を含む基板、特に、誘電体材料のトレンチ領域によって分離される隆起誘電体領域を含むパターン誘電体の領域を有する基板を研磨するのに特に有用であり得る。例示的な基板としては、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリまたは剛性ディスク、層間誘電体（ＩＬＤ）デバイス、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ ＮＡＮＤデバイス等のコンポーネントとして使用するために加工される基板が挙げられる。
研磨組成物は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）または類似のプロセスを受けた基板を平坦化または研磨するのに特に良く適しており、それにより、誘電体は、構造化下層の上にコーティングされて、パターン誘電体材料の区域を生成する。シャロートレンチアイソレーションを受けた基板に関しては、典型的なステップ高さは１，０００オングストロームから７，０００オングストロームの範囲であり得る。
記載している研磨組成物のある特定の実施形態はまた、プロセス中の３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイスである基板を平坦化または研磨するためにも有用である。そのような基板では、下層は、高アスペクト比、例えば少なくとも１０：１、３０：１、６０：１、または８０：１等のアスペクト比を有する、トレンチ、ホール、または他の構造を含む半導体層から作製される。そのような高アスペクト比の構造を有する表面が誘電体材料によってコーティングされると、得られるパターン誘電体は、高いステップ高さ、例えば７，０００オングストロームを実質的に超える、例えば１０，０００、２０，０００、３０，０００、または４０，０００オングストロームを超えるステップ高さ等を示すことになる。
本明細書に記載のデバイスのいずれかの誘電体層は、任意の適切な誘電体材料、を含んでいてもよく、から実質的になっていてもよく、またはからなっていてもよく、その誘電体材料の多くはよく知られており、例えば酸化ケイ素及び酸化ケイ素系の誘電体の様々な形態が挙げられる。例えば、酸化ケイ素または酸化ケイ素系の誘電体層を含む誘電体層は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比法（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）酸化物、化学蒸着（ＣＶＤ）酸化物、プラズマ強化テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、または無ドープシリケートガラスのいずれか１つ以上、を含むことができるか、からなることができるか、またはから実質的になることができる。
本明細書のプロセスによれば、基板は、誘電研磨除去ステップの意図した目的の位置に配置された窒化ケイ素ライナーを含むことができる。他の実施形態では、基板は、活性領域から誘電体を除去するステップの目的の位置に配置された窒化ケイ素「ライナー」または「キャップ」を必要とせず、任意にかつ好ましくは排除することができる。
説明したように、スラリーを用いる方法によって加工することができる基板のこれらの及び他の実施形態によると、基板はまた、例えば誘電体層の上に窒化ケイ素層を含むこともできる。隆起した（１２）及びより低い（例えばトレンチ１４）形状を有する誘電体基板を加工するとき、窒化ケイ素の層（図示せず）を隆起した誘電体材料及びより低い誘電体材料の上に置いて、トレンチ領域を保護し、ＣＭＰ加工中に平坦化効率を向上させることができる。
基板は、任意の適切な技術によって、特に化学機械研磨（ＣＭＰ）機器を用いるＣＭＰ加工によって、本明細書に記載の研磨組成物で平坦化または研磨することができる。典型的には、ＣＭＰ装置は、使用時に、運動し、軌道運動、直線運動、または円運動から生じる速度を有するプラテンと、プラテンと接触し、運動しているときにプラテンと一緒に移動する研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して接触しかつ移動することによって研磨される基板を保持するキャリアとを含む。研磨は、記載の研磨組成物、典型的には研磨パッドと接触して置かれている基板によって行われ、次いで基板の表面の少なくとも一部、例えばパターン誘電体材料を除去する。任意の適切な研磨条件を使用することができる。
基板は、任意の適切な研磨パッド（例えば研磨表面）と関連して化学機械研磨組成物で平坦化または研磨することができる。適切な研磨パッドとしては、例えば織布及び不織布の研磨パッドが挙げられる。さらに、適切な研磨パッドとしては、密度、硬度、厚さ、圧縮率、圧縮時に反発する能力、及び圧縮弾性率を変化させる任意の適切なポリマーが挙げられる。適切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、それらの共生成物（ｃｏｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ）、及びそれらの混合物が挙げられる。
任意に、ＣＭＰ装置は、現場で研磨終了点を検出するシステムを含み、その多くは当技術分野で知られている。加工物の表面から反射される光または他の放射線を分析することによって研磨プロセスを検査及びモニターするための技術は当技術分野で知られている。そのような方法は、例えば米国特許第５，１９６，３５３号、第５，４３３，６５１号、第５，６０９，５１１号、第５，６４３，０４６号、第５，６５８，１８３号、第５，７３０，６４２号、第５，８３８，４４７号、第５，８７２，６３３号、第５，８９３，７９６号、第５，９４９，９２７号、米国特許第５，９６４，６４３号に記載されている。望ましくは、研磨される加工物に関する研磨プロセスの進行の検査またはモニタリングにより、研磨終了点の決定、すなわち、特定の加工物に関して研磨プロセスを終了する時点の決定が可能になる。
加工される基板に依存して、ＣＭＰ加工のステップを開始する前に測定される、初期ステップ高さは、少なくとも１，０００、２，０００、または５，０００オングストロームであってもよく、実質的にそれらを超えてもよく、例えば７，０００オングストロームを超える、または少なくとも１０，０００、２０，０００、３０，０００、または４０，０００オングストローム等であってもよい。
図１は、研磨前の基板の初期ステップ高さｈ０及び初期トレンチ厚さｔ０を概略的に示している。研磨後、ステップ高さは、ｈ１へと減少し、トレンチ厚さはｔ１へと減少する。図１を参照すると、初期ステップ高さｈ０及び初期トレンチ厚さｔ０を有する例示的な基板が示されている。ステップ高さの材料は、大部分は誘電体であることができ、例えばＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、または他の非晶質シリカ含有材料等であることができる。３Ｄ ＮＡＮＤ誘電体加工（及び他のバルク酸化物除去）における重要なステップは、できる限り低いトレンチ損失（ｔ０−ｔ１）において、低い数（例えば＜１０００または＜９００オングストローム）までステップ高さｈ１を減少させることである。トレンチ損失とは、ＣＭＰ処理前のトレンチの厚さ（ｔ０）から、ＣＭＰ処理後のトレンチの厚さ（ｔ１）を引いた差を指し、トレンチ損失は（所定の量の加工に関する）ｔ０−ｔ１に等しい。良好な平坦化効率（ＰＥ）のためには、最終ステップ高さは、合理的なトレンチ損失において、達成されなければならない。これには、トレンチ領域における除去速度に比べて、活性（隆起）領域に関してより速い除去速度を有するスラリーが必要である。
隆起（活性）領域における誘電体材料の除去速度は、パターン材料の除去速度（例えばパターン酸化物）または「パターン除去速度」または「活性除去速度」と呼ばれる。記載のプロセス及びスラリーを使用して達成されるパターン除去速度は、あらゆる有用な速度であることができ、あらゆる所定のプロセス及び基板に関して、隆起領域の寸法（例えば幅）及びプロセス条件、例えば研磨パッドと基板との間の圧力量などに大部分左右されることになる。好ましいプロセスによれば、パターン誘電体材料の除去速度は、少なくとも２，０００オングストローム／分、好ましくは少なくとも４０００オングストローム／分、例えば少なくとも約５，０００または６，０００オングストローム／分など、任意には１０，０００、１４０００、または１５，０００オングストローム／分までもあり得る。
本明細書に記載の基板のＣＭＰ平坦化の好ましいプロセスによれば、パターン誘電体は、５分未満、例えば３分未満、２分未満、または１分未満の時間、パターン誘電体をＣＭＰ加工することによって、平坦化された表面へ加工することができる。これは、少なくとも７，０００または１０，０００、例えば２０，０００、３０，０００、または４０，０００オングストロームの初期ステップ高さを含むパターン誘電体を有する基板に関して達成することができる。その表面は、１，０００オングストローム未満、例えば９００オングストローム未満、５００オングストローム未満、３００オングストローム未満、または２５０オングストローム未満の減少した（研磨による）ステップ高さ（すなわち「残存ステップ高さ」）を達成するときに、効果的に平坦化されると考えられる。
記載したようなある特定のプロセス及びスラリーによれば、（ＣＭＰスラリー中で）式１の除去速度加速剤を使用することによって、誘電材料の除去速度（例えば酸化ケイ素のパターン速度）、平坦化効率、または両方を、式１の除去速度加速剤を使用しない別の同一のプロセスと比較して、向上させることができる。ある特定の特に好ましいプロセス及びスラリーによれば、式１の除去速度加速剤の使用によって、誘電体材料の除去速度（例えば酸化ケイ素のパターン速度）を増大させることができ、また同時に平坦化効率を向上させることができる。ＣＭＰスラリー及びプロセスでは、高い活性除去速度及び良好な平坦化効率の両方が望まれる。それぞれが個々に望ましいが、単一のＣＭＰプロセスにおいて２つの性能特性を向上させることは、容易に達成されず、特に高い商業価値を有すると理解される。
本明細書に記載しているように、活性除去速度、平坦化効率、またはその両方の改善、ならびにトレンチ損失、自己停止挙動における改善などは、他の点では同一のスラリーは式１の除去速度加速剤を含有していない点を除いて、他の点では同一のスラリーを用いる他の点では同一のＣＭＰプロセスと比較して測定される。他の点では同一のスラリーは、式１の速度加速剤と同等の化学化合物を含有していなくてもよいか、または、いくつかの点で式１の速度加速剤に類似している化学化合物をある量含有していてもよいが、式１の構造定義からは依然として外れている。例えば、いくつかの点で式（１）の速度加速剤に類似しているが、依然として式（１）の定義から外れている化学化合物は、式（１）に類似しているが、異なるＲ基を有する化学化合物を含む。他の同等の化合物は、他の点では式１と異なる場合があるが、カルボキシル（−Ｃ（Ｏ）−）基に隣接するアミン基（−ＮＨ２）を含むなお同等の分子量の化学化合物であってもよく、その化合物はまた、アミン基（すなわち、−ＮＨ（ＯＨ））に結合した、または他のところに結合した水酸化物（−ＯＨ）基も含有する。これらの点において式１の除去速度加速剤と同等である化合物の例としては、化学的に式１の定義からは外れているが、４−ヒドロキシベンズアミド、ヒドロキシ尿素、サリチルアミド、及びベンズアミドが挙げられる。（図２〜４を参照されたい）
図２は、図示されている機器及び条件、例えばＩＣ１０１０パッド、ＣＭＰ研磨スラリー中１％ジルコニア研削粒子、パッド圧力５ｐｓｉ、示してある異なる化合物のそれぞれのスラリーｐＨ５．５及び３００ｐｐｍのスラリーを用いた、ブランケット誘電体材料の除去速度の比較を示している。いくつかの化合物は式１の除去速度加速剤であり、他は式１の除去速度加速剤（例えばアミン基、アミド基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、及び芳香族基または置換芳香族基）と共通の化学基を含有してはいるが、式１の定義からは外れている化学化合物（必ずしも従来技術ではない）である。グラフの第１のバーは、イットリウムをドープしたジルコニア粒子を有するサリチルヒドロキサム酸（ＳＨＡ）を表す。そのデータは、同じ量で存在する化学的に類似の式１ではないいくつかの化合物に比べて、また除去速度加速剤を含有していないスラリーに比べて、式１の除去速度加速剤の使用による除去速度はより速いことを示している。
図３は、図示されている機器及び条件、例えばＩＣ１０１０パッド、ＣＭＰ研磨スラリー中０．２８６パーセントのセリア研削粒子、パッド圧力３ｐｓｉ、示してある異なる化合物のそれぞれのスラリーｐＨ５．５、及び２５０ｐｐｍのスラリーを用いた、ブランケット誘電体材料の除去速度の比較を示している。いくつかの化合物は式１の除去速度加速剤であり、他は式１の除去速度加速剤（例えばアミン基、アミド基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、及び芳香族基または置換芳香族基）と共通の化学基を含有してはいるが、式１の定義からは外れている化学化合物（必ずしも従来技術ではない）である。そのデータは、同じ量で存在する化学的に類似の式１ではないいくつかの化合物に比べて、また除去速度加速剤を含有していないスラリーに比べて、式１の除去速度加速剤の使用による除去速度はより速いことを示している。
図４は、比較スラリーと、除去速度加速剤としてのサリチルヒドロキサム酸（ＳＨＡ）を含有する本発明のスラリーとを用いて、ブランケット酸化ケイ素誘電体材料の除去速度（オングストローム／分）の比較を示している。この実施例の比較スラリーは、酸化ケイ素に関して高い研磨速度を示したセリア含有スラリーである。使用した機器及び条件は、Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ ＬＫ ＣＭＰツール、ＩＣ１０１０パッド、及び３または４ｐｓｉのパッドダウンフォース圧力であった。比較研削スラリー（Ａ〜Ｄ）は、５重量パーセントのセリア研削粒子、５００ｐｐｍのピコリン酸を含有し、式１の除去速度加速剤を含有せず、そのセリア粒子のＤ５０粒径は１００ナノメートルであった。本発明のスラリー（Ｅ〜Ｈ）は、５重量パーセントのジルコニア研削粒子（Ｓｔ．Ｇｏｂａｉｎ ＺｒＯ２−１８０）、除去速度加速剤として６００ｐｐｍのサリチルヒドロキサム酸（ＳＨＡ）を含有し、スラリーのｐＨは５．５であった。スラリーＡ、Ｂ、Ｅ及びＦは、３ｐｓｉのダウンフォース圧力で評価したが、スラリーＣ、Ｄ、Ｇ及びＨは４ｐｓｉであった。すべての研磨条件及び研磨材料は、示した異なるスラリー及びダウンフォース圧力以外は同じであった。そのデータは、ジルコニアと式１の除去速度加速剤（ＳＨＡ）とを使用することによって有益に高い除去速度を示しており、その除去速度は比較スラリーと同等である。
図示してある酸化物除去速度に加えて、窒化ケイ素が（平坦化効率の向上のために）トレンチ領域を保護するためのライナーとして３Ｄ ＮＡＮＤ製造でしばしば使用されることから、窒化ケイ素除去速度もまた重要である。そのようなプロセスステップを使用して、パターン活性領域上の窒化ケイ素ライナーは、比較的速い速度で（トレンチ領域に過度に影響を与えることなく）最初に除去されなければならない。図４の同じスラリーに関して、ジルコニアと、式１の除去速度加速剤（ＳＨＡ）とを含有する本発明のスラリーは２１００Ａ／分の窒化ケイ素除去速度を示し、セリアとピコリン酸とを有する比較スラリーは２００Ａ／分未満の窒化ケイ素除去速度を示した。

Claims (21)

  1. 基板の誘電体含有表面を研磨する方法であって、
    誘電体材料を含み金属を含有しない表面を備える基板を提供することと、
    研磨パッドを提供することと、
    化学機械研磨組成物を提供することであって、前記化学機械研磨組成物が、
    水性媒体と、
    前記水性媒体中に分散された研削粒子と、
    下式を有する除去速度加速剤と、
    Figure 0006989493
     （式中、Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル、アリール、置換アリール、アルコキシ、直鎖または分枝鎖ハロゲン置換アルキル、ハロゲン置換アリール、及びハロゲン置換アルコキシから選択される）を含み、
    ７未満のｐＨを有する、提供することと、
    前記基板を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物と接触させることと、
    前記基板に対して前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を移動させて、前記基板の表面上の前記誘電体層の少なくとも一部を研削して、前記基板を研磨することと、を含み、
    前記組成物が、ピコリン酸をさらに含み、
    前記ピコリン酸が、前記除去速度加速剤の重量を基準にして５〜８０重量パーセントの範囲の量である、
    方法。
  2. 前記研削粒子が、セリア、ジルコニア、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記研削粒子が、ジルコニアであり、前記化学機械研磨組成物のｐＨが、３．５〜６．５である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記ジルコニアが、金属ドープジルコニア、非金属ドープジルコニア、またはそれらの組み合わせを含む、請求項３に記載の方法。
  5. Ｒが、メチル、フェニル、２−ヒドロキシフェニル、メトキシ、エトキシ、またはブトキシから選択される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記基板が、前記誘電体材料の隆起領域と、前記誘電体材料のトレンチ領域とを含むパターン誘電体材料を含む表面を備え、前記隆起領域の高さと前記トレンチ領域の高さの差がステップ高さである、請求項１に記載の方法。
  7. 前記除去速度加速剤が、アセトヒドロキサム酸、ベンゾヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、Ｎ−ヒドロキシウレタン、Ｎ−ｂｏｃヒドロキシルアミン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記除去速度加速剤が、サリチルヒドロキサム酸である、請求項１に記載の方法。
  9. 除去速度加速剤が、前記研磨組成物中に５〜３，０００パーツパーミリオンの濃度で存在する、請求項１に記載の方法。
  10. 前記パターン誘電体材料が、酸化ケイ素、テトラエトキシシラン、ホスホシリケートガラス、またはボロホスホシリケートガラスから選択される誘電体材料からなる、請求項６に記載の方法。
  11. 基板の誘電体含有表面であって、金属を含有しない表面を研磨するための化学機械研磨組成物であって、
    水性媒体と、
    前記水性媒体中に分散された研削粒子と、
    下式を有する除去速度加速剤と、
    Figure 0006989493
     （式中、Ｒは、直鎖または分枝鎖アルキル、アリール、置換アリール、アルコキシ、直鎖または分枝鎖ハロゲン置換アルキル、ハロゲン置換アリール、及びハロゲン置換アルコキシから選択される）を含み、
    ７未満のｐＨを有し、ピコリン酸をさらに含み、前記ピコリン酸が、前記除去速度加速剤の重量を基準にして５〜８０重量パーセントの範囲の量である、化学機械研磨組成物。
  12. Ｒが、メチル、フェニル、２−ヒドロキシフェニル、メトキシ、エトキシ、またはブトキシである、請求項１１に記載の組成物。
  13. 前記除去速度加速剤が、アセトヒドロキサム酸、ベンゾヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、Ｎ−ヒドロキシウレタン、及びＮ−ｂｏｃヒドロキシルアミン、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１に記載の組成物。
  14. 前記除去速度加速剤が、サリチルヒドロキサム酸である、請求項１１に記載の組成物。
  15. 前記除去速度加速剤が、前記組成物の重量を基準として、前記研磨組成物中に５〜３，０００パーツパーミリオンの濃度で存在する、請求項１１に記載の組成物。
  16. 前記研削粒子が、セリア、ジルコニア、またはそれらの混合物を含む、請求項１１に記載の組成物。
  17. 前記研削粒子が、湿式法セリア粒子、焼成セリア粒子、金属ドープセリア粒子、ジルコニア粒子、金属ドープジルコニア粒子、またはそれらの組み合わせである、請求項１６に記載の組成物。
  18. 前記研削粒子が、４０〜１００ナノメートルのメジアン粒径を有する湿式法セリア粒子であり、前記研磨組成物中に０．００５重量パーセント〜２重量パーセントの濃度で存在し、少なくとも３００ナノメートルの粒径分布を有する、請求項１７記載の組成物。
  19. 前記研削粒子が、前記研磨組成物中に０．１重量パーセント〜１５重量パーセントの濃度で存在する、請求項１５に記載の組成物。
  20. 前記研磨組成物のｐＨが、１〜６である、請求項１１に記載の組成物。
  21. ０．００１重量パーセント以下の金属不動態化剤をさらに含む、請求項１１に記載の組成物。
JP2018511737A 2015-09-03 2016-08-31 誘電体基板を加工するための方法及び組成物 Active JP6989493B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562213955P 2015-09-03 2015-09-03
US62/213,955 2015-09-03
PCT/US2016/049563 WO2017040571A1 (en) 2015-09-03 2016-08-31 Methods and compositions for processing dielectric substrate

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2018532828A JP2018532828A (ja) 2018-11-08
JP2018532828A5 JP2018532828A5 (ja) 2019-09-19
JP6989493B2 true JP6989493B2 (ja) 2022-01-05

Family

ID=58188253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018511737A Active JP6989493B2 (ja) 2015-09-03 2016-08-31 誘電体基板を加工するための方法及び組成物

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170066944A1 (ja)
EP (1) EP3344716A4 (ja)
JP (1) JP6989493B2 (ja)
CN (1) CN108026412B (ja)
TW (1) TWI605114B (ja)
WO (1) WO2017040571A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10619075B2 (en) 2015-07-13 2020-04-14 Cabot Microelectronics Corporation Self-stopping polishing composition and method for bulk oxide planarization
JP6646062B2 (ja) * 2015-11-10 2020-02-14 信越化学工業株式会社 合成石英ガラス基板用研磨剤及びその製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法
CN113637412A (zh) * 2017-04-17 2021-11-12 嘉柏微电子材料股份公司 自停止性抛光组合物及用于块状氧化物平坦化的方法
JP7438211B2 (ja) * 2018-11-15 2024-02-26 インテグリス・インコーポレーテッド 窒化ケイ素エッチング組成物及び方法
KR20210018607A (ko) * 2019-08-06 2021-02-18 삼성디스플레이 주식회사 연마 슬러리, 이를 이용한 표시 장치의 제조방법 및 표시 장치
CN113004798B (zh) * 2019-12-19 2024-04-12 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
KR20210079573A (ko) * 2019-12-20 2021-06-30 주식회사 케이씨텍 유기막 연마용 슬러리 조성물
JP7489250B2 (ja) 2020-07-15 2024-05-23 花王株式会社 エッチング液
WO2022065022A1 (ja) * 2020-09-24 2022-03-31 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物およびその利用
CN114621683A (zh) * 2020-12-11 2022-06-14 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其使用方法
CN114621684A (zh) * 2020-12-11 2022-06-14 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其使用方法
US20220367444A1 (en) * 2021-05-13 2022-11-17 Texas Instruments Incorporated Shallow trench isolation processing with local oxidation of silicon
CN115160933B (zh) * 2022-07-27 2023-11-28 河北工业大学 一种用于钴互连集成电路钴cmp的碱性抛光液及其制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030176151A1 (en) * 2002-02-12 2003-09-18 Applied Materials, Inc. STI polish enhancement using fixed abrasives with amino acid additives
US7071105B2 (en) * 2003-02-03 2006-07-04 Cabot Microelectronics Corporation Method of polishing a silicon-containing dielectric
US20050279733A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Cabot Microelectronics Corporation CMP composition for improved oxide removal rate
US7955520B2 (en) * 2007-11-27 2011-06-07 Cabot Microelectronics Corporation Copper-passivating CMP compositions and methods
US8247327B2 (en) * 2008-07-30 2012-08-21 Cabot Microelectronics Corporation Methods and compositions for polishing silicon-containing substrates
JP2012069785A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Fujimi Inc 研磨用組成物および研磨方法
WO2012092361A2 (en) * 2010-12-28 2012-07-05 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing slurry including zirconia particles and a method of using the polishing slurry
JP5992925B2 (ja) * 2011-01-11 2016-09-14 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション 金属を不動態化する化学機械研磨用組成物及び方法
KR20140019403A (ko) * 2011-03-30 2014-02-14 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 연마용 조성물 및 연마 방법
KR101385043B1 (ko) * 2011-12-30 2014-04-15 제일모직주식회사 Ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
US8778212B2 (en) * 2012-05-22 2014-07-15 Cabot Microelectronics Corporation CMP composition containing zirconia particles and method of use
US9340706B2 (en) * 2013-10-10 2016-05-17 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive polishing compositions
CN107851568B (zh) * 2015-07-13 2021-10-08 Cmc材料股份有限公司 用于加工介电基板的方法及组合物

Also Published As

Publication number Publication date
TWI605114B (zh) 2017-11-11
EP3344716A1 (en) 2018-07-11
TW201718817A (zh) 2017-06-01
KR20180038051A (ko) 2018-04-13
CN108026412A (zh) 2018-05-11
EP3344716A4 (en) 2019-04-10
US20170066944A1 (en) 2017-03-09
WO2017040571A1 (en) 2017-03-09
CN108026412B (zh) 2021-08-31
JP2018532828A (ja) 2018-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6989493B2 (ja) 誘電体基板を加工するための方法及び組成物
JP6879995B2 (ja) 誘電体基板を加工するための方法及び組成物
US9828528B2 (en) Polishing composition containing ceria abrasive
JP6799000B2 (ja) カチオン性ポリマー添加剤を含む研磨組成物
TWI580768B (zh) 含有氧化鈰粒子之拋光組合物及使用方法
CN110520493B (zh) 自停止性抛光组合物及用于块状氧化物平坦化的方法
EP3397710B1 (en) Cmp processing composition comprising alkylamine and cyclodextrin
KR102670778B1 (ko) 유전체 기판 처리를 위한 방법 및 조성물

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190806

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190806

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200520

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200623

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210302

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210528

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211102

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211202

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6989493

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350