JP7253924B2 - コバルトｃｍｐ用の代替的な酸化剤 - Google Patents
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Description
集積回路およびその他の電子デバイスの製作では、複数層の導電性、半導電性、および誘電性材料が基板表面に堆積され、または基板表面から除去される。材料の層が順次的に基板に堆積されおよび基板から除去される際に、基板の一番上の表面が平坦でなくなり、平坦化を必要とすることがある。表面の平坦化、または表面の「研磨」は、材料を基板の表面から除去して、概ね一様な平坦な表面を形成する処理である。平坦化は、粗い表面、材料の塊状化、結晶格子の損傷、かき傷、および層または材料の汚染などの、望ましくない表面トポグラフィーおよび表面欠陥の除去に有用である。平坦化は、使用される過剰の堆積材料を除去して特徴部を詰めることによって基板上に特徴部を形成し、メタライゼーションおよび加工のその後の水平面のために一様な表面を提供するのにも有用である。
基板の表面を平坦化または研磨するための組成物および方法は当該技術分野において周知である。化学機械平坦化、または化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される一般的な技術である。ＣＭＰは、ＣＭＰ組成物または研磨組成物（研磨スラリーとも称される）として公知の化学組成物を基板からの材料の選択的な除去のために利用する。研磨組成物は、典型的に、基板の表面を研磨組成物で飽和させた研磨パッド（例えば、研磨布または研磨ディスク）と接触させることによって基板に適用される。基板の研磨は、典型的に、研磨組成物の化学的活性、および／または研磨組成物中に懸濁されたもしくは研磨パッド（例えば、固定砥粒研磨パッド）中に組み込まれた砥粒の機械的活性によってさらに補助される。
最新式集積回路デバイス中に組み込むための金属としてコバルトが出現している。コバルトの効果的な組込みには、高い除去速度、良好な平坦化効率、低いディッシングおよびエロージョン、および低い欠陥性を有するＣＭＰ法が必要とされる。除去速度および平坦化効率を向上させるための一つの方法は、コバルト促進剤と組み合わせて酸化剤を組み込むことである。残念なことに、現在最も広く使用されている酸化剤である過酸化水素は、その他のスラリー組成物との混和性が限られており、ポットライフの安定性の問題がある。
したがって、許容されるディッシング、エロージョン、および低い欠陥性を呈しながら高いコバルト除去速度および平坦化効率を提供する、過酸化水素の代替となる酸化剤を含む研磨組成物の必要性が当該技術分野において依然として存在する。
本発明は、化学機械研磨組成物であって、（ａ）砥粒、（ｂ）コバルト促進剤、および（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有する、研磨組成物を提供する。
本発明はまた、基板を化学機械的に研磨する方法であって、（ｉ）基板を提供することを含み、（ｉｉ）研磨パッドを提供することを含み、（ｉｉｉ）（ａ）砥粒、（ｂ）コバルト促進剤、および（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含む化学機械研磨組成物を提供することを含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有し、（ｉｖ）基板を研磨パッドおよびそれらの間にある化学機械研磨組成物と接触させることを含み、かつ（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して移動させて基板の少なくとも一部分を摩損させることにより、基板を研磨することを含む、方法も提供する。
本発明は、化学機械研磨組成物であって、（ａ）砥粒、（ｂ）コバルト促進剤、および（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有する、機械研磨組成物を提供する。
研磨組成物は砥粒（すなわち、１つまたは複数の砥粒）を含む。砥粒は、任意の好適な砥粒または粒子の形態の砥粒の組合せであり得る。例えば、砥粒は、天然または合成のものであってよく、また金属酸化物、炭化物、窒化物、カーボランダム、ダイアモンドなどを含み得る。砥粒はまた、ポリマー粒子または被覆粒子であり得る。砥粒は、望ましくは、金属酸化物を含む、それから本質的になる、またはそれからなる。典型的に、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（すなわち、α－アルミナ）、ガンマアルミナ粒子（すなわち、γ－アルミナ）、デルタアルミナ粒子（すなわち、δ－アルミナ）、またはヒュームドアルミナ粒子）、酸化セリウム、ジルコニア、これらの共形成物、およびこれらの組合せからなる群から選択される。好ましい実施形態では、砥粒粒子は陰イオンであることが望ましい。
一実施形態では、化学機械研磨組成物はシリカ砥粒を含む。シリカは、任意の好適なシリカであってよく、例えば、シリカは湿式法シリカまたはヒュームドシリカであり得る。一般に、シリカは湿式法シリカである。
砥粒粒子は任意の好適な表面電荷を有し得る。好ましくは、砥粒粒子は陰イオン性砥粒粒子である。「陰イオン性」とは、砥粒粒子が研磨組成物のｐＨで負の表面電荷を有することを意味する。砥粒粒子は、研磨組成物のｐＨにおいて天然状態で陰イオン性であってもよいし、あるいは砥粒粒子は、例えば、表面金属ドーピング（例えば、アルミニウムイオンを用いるドーピング）、または連結した有機酸、連結した硫黄系の酸、または連結したリン系の酸を用いる表面処理などの当業者に公知の任意の方法を使用して研磨組成物のｐＨで陰イオン性としてもよい。
砥粒は任意の好適な平均粒径（すなわち、平均の粒子直径）を有し得る。砥粒は、約５ｎｍまたはそれより大きい平均粒径、例えば、約１０ｎｍまたはそれより大きい、約１５ｎｍまたはそれより大きい、約２０ｎｍまたはそれより大きい、約２５ｎｍまたはそれより大きい、約３０ｎｍまたはそれより大きい、約３５ｎｍまたはそれより大きい、あるいは約４０ｎｍまたはそれより大きい平均粒径を有し得る。代替的または追加的に、砥粒は、約１５０ｎｍまたはそれより小さい平均粒径、例えば、約１４０ｎｍまたはそれより小さい、約１３０ｎｍまたはそれより小さい、約１２０ｎｍまたはそれより小さい、約１１０ｎｍまたはそれより小さい、あるいは約１００ｎｍまたはそれより小さい平均粒径を有し得る。したがって、砥粒は、上記端点のいずれか２つによって囲まれる平均粒径を有し得る。例えば、砥粒は、約５ｎｍから約１５０ｎｍ、約１０ｎｍから約１４０ｎｍ、約１５ｎｍから約１３０ｎｍ、約２０ｎｍから約１２０ｎｍ、約２０ｎｍから約１１０ｎｍ、約２０ｎｍから約１００ｎｍ、約３０ｎｍから約１５０ｎｍ、約３０ｎｍから約１４０ｎｍ、約３０ｎｍから約１３０ｎｍ、約３０ｎｍから約１２０ｎｍ、約３０ｎｍから約１１０ｎｍ、約３０ｎｍから約１００ｎｍ、約３５ｎｍから約１５０ｎｍ、約３５ｎｍから約１４０ｎｍ、約３５ｎｍから約１３０ｎｍ、約３５ｎｍから約１２０ｎｍ、約３５ｎｍから約１１０ｎｍ、または約３５ｎｍから約１００ｎｍの平均粒径を有し得る。球状の砥粒粒子の場合、粒子の大きさは粒子の直径である。球状でない砥粒粒子の場合、粒子の大きさは粒子を包囲する最小の球の直径である。砥粒の粒径は、任意の好適な技術を使用して（例えば、レーザー回折技術を使用して）測定することができる。好適な粒径測定装置は、例えばＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ、ＵＫ）から利用可能である。
砥粒粒子は、好ましくは、本発明の研磨組成物中でコロイドとして安定である。コロイドという用語は、液体担体（例えば、水）中の粒子の懸濁液を指す。コロイド安定性は、経時的なその懸濁液の維持を指す。本発明の文脈では、砥粒を１００ｍＬのメスシリンダーに入れ、２時間攪拌しないままとした時に、メスシリンダーの底部の５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬで［Ｂ］）とメスシリンダーの上部の５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬで［Ｔ］）との差を砥粒組成物中の粒子の初期濃度（ｇ／ｍＬで［Ｃ］）で割ったものが０．５未満または０．５に等しければ（すなわち、｛［Ｂ］－［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）、砥粒はコロイドとして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未満または０．３に等しく、最も好ましくは０．１未満または０．１に等しい。
研磨組成物は任意の好適な量の砥粒粒子を含み得る。研磨組成物は、約１０質量％またはそれより少ない砥粒粒子、例えば、約９質量％またはそれより少ない、約８質量％またはそれより少ない、約７質量％またはそれより少ない、約６質量％またはそれより少ない、約５質量％またはそれより少ない、約４質量％またはそれより少ない、約３質量％またはそれより少ない、約２質量％またはそれより少ない、約１．５質量％またはそれより少ない、約１質量％またはそれより少ない、約０．９質量％またはそれより少ない、約０．８質量％またはそれより少ない、約０．７質量％またはそれより少ない、約０．６質量％またはそれより少ない、あるいは約０．５質量％またはそれより少ない砥粒粒子を含み得る。代替的または追加的に、研磨組成物は、約０．０５質量％またはそれより多い砥粒粒子、例えば、約０．１質量％またはそれより多い、約０．２質量％またはそれより多い、約０．３質量％またはそれより多い、約０．４質量％またはそれより多い、あるいは約０．５質量％またはそれより多い砥粒粒子を含み得る。したがって、研磨組成物は、上記端点のいずれか２つによって囲まれる量の砥粒粒子を含み得る。例えば、研磨組成物は、約０．０５質量％から約１０質量％の砥粒粒子、例えば、０．１質量％から約１０質量％、約０．１質量％から約９質量％、約０．１質量％から約８質量％、約０．１質量％から約７質量％、約０．１質量％から約６質量％、約０．１質量％から約５質量％、約０．１質量％から約４質量％、約０．１質量％から約３質量％、約０．１質量％から約２質量％、約０．２質量％から約２質量％、約０．３質量％から約２質量％、約０．４質量％から約２質量％、約０．５質量％から約２質量％、約０．１質量％から約１．５質量％、約０．２質量％から約１．５質量％、約０．３質量％から約１．５質量％、約０．４質量％から約１．５質量％、約０．５質量％から約１．５質量％、約０．１質量％から約１質量％、約０．２質量％から約１質量％、約０．３質量％から約１質量％、約０．４質量％から約１質量％、または約０．５質量％から約１質量％の砥粒粒子を含み得る。
研磨組成物はコバルト促進剤を含む。コバルト促進剤は、Ｎ－ジ（カルボキシルアルキル）アミン、Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）アミン、Ｎ，Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）－Ｎ－カルボキシルアルキルアミン、ジカルボキシヘテロ環状体、ヘテロシクリルアルキル－α－アミノ酸、Ｎ－アミノアルキルアミノ酸、非置換の複素環、アルキル置換された複素環、カルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、アルキルアミン、Ｎ－アミノアルキル－α－アミノ酸、およびこれらの組合せから選択される任意の好適なコバルト促進剤であり得る。
コバルト促進剤は、本明細書中に記載する化合物のクラスから選択される任意の好適なコバルト促進剤であり得る。好ましい実施形態では、コバルト促進剤は、イミノ二酢酸（「ＩＤＡ」）、Ｎ－（２－アセトアミド）イミノ二酢酸（「ＡＤＡ」）、Ｎ－メチルイミダゾール、ピコリン酸、ジピコリン酸、４－（２－ヒドロキシエチル）－ｌ－ピペラジンエタンスルホン酸、グリシン、ビシン、トリエチルアミン（「ＴＥＡ」）、エチドロン酸、Ｎ－メチルモルホリン、マロン酸、２－ピリジンスルホネート、クエン酸、およびこれらの組合せから選択される。
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し得る。典型的に、コバルト促進剤は、約５ｍＭまたはそれより高い濃度、例えば、約１０ｍＭまたはそれより高い、約１５ｍＭまたはそれより高い、約２０ｍＭまたはそれより高い、約２５ｍＭまたはそれより高い、約３０ｍＭまたはそれより高い、約３５ｍＭまたはそれより高い、約４０ｍＭまたはそれより高い、約４５ｍＭまたはそれより高い、あるいは約５０ｍＭまたはそれより高い濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的または追加的に、コバルト促進剤は、約１００ｍＭまたはそれより低い濃度、例えば、約９５ｍＭまたはそれより低い、約９０ｍＭまたはそれより低い、約８５ｍＭまたはそれより低い、約８０ｍＭまたはそれより低い、約７５ｍＭまたはそれより低い、約７０ｍＭまたはそれより低い、約６５ｍＭまたはそれより低い、あるいは約６０ｍＭまたはそれより低い濃度で研磨組成物中に存在し得る。したがって、コバルト促進剤は、上記端点のいずれか２つによって囲ま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から約１００ｍＭの濃度、例えば、約５ｍＭから約９０ｍＭ、約５ｍＭから約８０ｍＭ、約５ｍＭから約７０ｍＭ、約５ｍＭから約６０ｍＭ、約１０ｍＭから約１００ｍＭ、約１０ｍＭから約９０ｍＭ、約１０ｍＭから約８０ｍＭ、約１０ｍＭから約７０ｍＭ、約１０ｍＭから約６０ｍＭ、約２０ｍＭから約１００ｍＭ、約２０ｍＭから約９０ｍＭ、約２０ｍＭから約８０ｍＭ、約２０ｍＭから約７０ｍＭ、または約２０ｍＭから約６０ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在し得る。
研磨組成物は、金属を酸化する酸化剤を含む。一実施形態では、酸化剤はコバルトを酸化する。酸化剤は、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される任意の好適な酸化剤であり得る。
酸化剤は、本明細書中に記載する化合物のクラスから選択される任意の好適な酸化剤であり得る。好ましい実施形態では、酸化剤は、アリールニトロ化合物、アリールニトロソ化合物、アリールＮ－オキシド化合物、アリールヒドロキシルアミン化合物、アリールオキシム化合物、ヘテロアリールニトロ化合物、ヘテロアリールニトロソ化合物、ヘテロアリールＮ－オキシド化合物、ヘテロアリールヒドロキシルアミン化合物、ヘテロアリールオキシム化合物、亜硝酸塩、硝酸塩、およびこれらの組合せから選択される。
研磨組成物は任意の好適な量の酸化剤を含み得る。典型的に、酸化剤は、約１ｍＭまたはそれより高い濃度、例えば、約５ｍＭまたはそれより高い、約１０ｍＭまたはそれより高い、約１５ｍＭまたはそれより高い、約２０ｍＭまたはそれより高い、約２５ｍＭまたはそれより高い、約３０ｍＭまたはそれより高い、約３５ｍＭまたはそれより高い、約４０ｍＭまたはそれより高い、約４５ｍＭまたはそれより高い、あるいは約５０ｍＭまたはそれより高い濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的または追加的に、酸化剤は、約１００ｍＭまたはそれより低い濃度、例えば、約９５ｍＭまたはそれより低い、約９０ｍＭまたはそれより低い、約８５ｍＭまたはそれより低い、約８０ｍＭまたはそれより低い、約７５ｍＭまたはそれより低い、約７０ｍＭまたはそれより低い、約６５ｍＭまたはそれより低い、あるいは約６０ｍＭまたはそれより低い濃度で研磨組成物中に存在し得る。したがって、酸化剤は、上記端点のいずれか２つによって囲まれる濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、酸化剤は、約１ｍＭから約１００ｍＭの濃度、例えば、約１ｍＭから約９０ｍＭ、約１ｍＭから約８０ｍＭ、約１ｍＭから約７０ｍＭ、約１ｍＭから約６０ｍＭ、約１０ｍＭから約１００ｍＭ、約１０ｍＭから約９０ｍＭ、約１０ｍＭから約８０ｍＭ、約１０ｍＭから約７０ｍＭ、約１０ｍＭから約６０ｍＭ、約１０ｍＭから約５０ｍＭ、約２０ｍＭから約１００ｍＭ、約２０ｍＭから約９０ｍＭ、約２０ｍＭから約８０ｍＭ、約２０ｍＭから約７０ｍＭ、または約２０ｍＭから約６０ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在し得る。
一実施形態では、研磨組成物はコバルト腐食阻害剤を含む。コバルト腐食阻害剤は任意の好適なコバルト腐食阻害剤であり得る。一実施形態では、コバルト腐食阻害剤は陰イオン性頭部基およびＣ８～Ｃ１４の脂肪族末端基（例えば、Ｃ８～Ｃ１４のアルキルまたはＣ８～Ｃ１４のアルケニルの末端基）を含む。陰イオン性頭部基は任意の好適な陰イオン性頭部基であり得る。好ましい実施形態では、コバルト腐食阻害剤は、Ｒ－ＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＯＯＨ（式中、ＣＯＮ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＯＯＨは頭部基を形成し、Ｒは末端基を形成する）の構造を有するサルコシン誘導体を含む。Ｒ基は典型的にはＣ８～Ｃ１３の脂肪族基であり、Ｃ８～Ｃ１３のアルキル基またはＣ８～Ｃ１３のアルケニル基、例えば、Ｃ８のアルキル基、Ｃ９のアルキル基、Ｃ１０のアルキル基、Ｃ１１のアルキル基、Ｃ１２のアルキル基、Ｃ１３のアルキル基、Ｃ８のアルケニル基、Ｃ９のアルケニル基、Ｃ１０のアルケニル基、Ｃ１１のアルケニル基、Ｃ１２のアルケニル基、またはＣ１３のアルケニル基であり得る。コバルト腐食阻害剤がサルコシン誘導体である好ましい実施形態では、末端基の従来の命名法では、炭素を数える目的で、Ｒ基が結合したカルボニルを含める。したがって、Ｃ１２サルコシネートはラウロイルサルコシネートを指す。末端基がアルケニル基の場合、二重結合は末端基の末端になく、アルケニル基はＥ体またはＺ体を有することができ、あるいはＥ異性体とＺ異性体との混合物であってもよい。コバルト腐食阻害剤は単一化合物であってもよいし、あるいは陰イオン性頭部基およびＣ８～Ｃ２０の脂肪族末端基を有する２つまたはそれより多くの化合物の混合物であってもよい。コバルト腐食阻害剤はまた、約７５質量％またはそれより多く（例えば、約８０質量％またはそれより多く、約８５質量％またはそれより多く、約９０質量％またはそれより多く、あるいは約９５質量％またはそれより多く）の化合物が陰イオン性頭部基およびＣ８～Ｃ１４の脂肪族末端基を含むか、あるいはＣ８～Ｃ１３の脂肪族Ｒ基を有するサルコシン誘導体である限り、Ｃ７～Ｃ１９の脂肪族Ｒ基を有する本明細書中に記載する２つまたはそれより多くのサルコシン誘導体の混合物であってもよい。
研磨組成物は、任意の好適な量のコバルト腐食阻害剤を含み得る。研磨組成物は、約１ｐｐｍまたはそれより多くのコバルト腐食阻害剤、例えば、約５ｐｐｍまたはそれより多く、約１０ｐｐｍまたはそれより多く、約２０ｐｐｍまたはそれより多く、約３０ｐｐｍまたはそれより多く、約４０ｐｐｍまたはそれより多く、あるいは約５０ｐｐｍまたはそれより多くのコバルト腐食阻害剤を含み得る。代替的または追加的に、研磨組成物は、約１０００ｐｐｍまたはそれより少ないコバルト腐食阻害剤、例えば、約９００ｐｐｍまたはそれより少ない、約８００ｐｐｍまたはそれより少ない、約７００ｐｐｍまたはそれより少ない、約６００ｐｐｍまたはそれより少ない、約５００ｐｐｍまたはそれより少ない、約４００ｐｐｍまたはそれより少ない、約３００ｐｐｍまたはそれより少ない、あるいは約２００ｐｐｍまたはそれより少ないコバルト腐食阻害剤を含み得る。したがって、研磨組成物は、上記端点のいずれか２つによって囲まれる量でコバルト腐食阻害剤を含み得る。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍから約１０００ｐｐｍのコバルト腐食阻害剤、約１０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍから約９００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍから約８００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍから約７００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍから約６００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍから約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍから約４００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍから約３００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍから約２００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍから約１５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍから約１００ｐｐｍ、または約５０ｐｐｍから約１００ｐｐｍを含み得る。
研磨組成物のｐＨに応じて、上述のサルコシン誘導体は、塩（例えば、金属塩またはアンモニウム塩など）、酸、または酸とその塩との混合物の形態で存在し得ることが理解されるであろう。サルコシン誘導体の酸または塩の形態、あるいはその混合物は、研磨組成物の調製に使用するために好適である。
研磨組成物は任意の好適なｐＨを有し得る。典型的に、研磨組成物は、約４またはそれより高いｐＨ、例えば、約４．５またはそれより高い、約５またはそれより高い、約５．５またはそれより高い、約６またはそれより高い、約６．５またはそれより高い、あるいは約７またはそれより高いｐＨを有し得る。代替的または追加的に、研磨組成物は、約１０またはそれより低いｐＨ、例えば、約９．５またはそれより低い、約９またはそれより低い、約８．５またはそれより低い、約８またはそれより低い、あるいは約７．５またはそれより低いｐＨを有し得る。したがって、研磨組成物は、研磨組成物について記載した上記端点のいずれか２つによって囲まれるｐＨを有し得る。例えば、研磨組成物は、約４から約１０のｐＨ、例えば、約４．５から約１０、約５から約１０、約５．５から約１０、約６から約１０、約６．５から約１０、約７から約１０、約７から約９．５、約７から約９、約７から約８．５、約７から約８、約５から約９、または約６．５から約７．５のｐＨを有し得る。
研磨組成物のｐＨは、任意の好適な酸または塩基を使用して調整することができる。好適な酸の非限定的な例としては、硝酸、硫酸、リン酸、および酢酸などの有機酸が挙げられる。好適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、および水酸化アンモニウム、ならびにエタノールアミン、ジエタノールアミン、およびトリエタノールアミンなどの有機塩基が挙げられる。
化学機械研磨組成物は、１つまたは複数の添加物をさらに含んでもよい。例示的な添加物としては、コンディショニング剤、酸（例えば、スルホン酸）、錯化剤（例えば、陰イオン性ポリマー錯化剤）、キレート剤、殺生物剤、スケール阻害剤、分散剤などが挙げられる。
殺生物剤が存在する場合、それは任意の好適な殺生物剤であってよく、任意の好適な量で研磨組成物中に存在し得る。好適な殺生物剤は、イソチアゾリノン殺生物剤である。研磨組成物中の殺生物剤の量は、典型的に、約１から約５０ｐｐｍ、好ましくは約１０から約４０ｐｐｍ、より好ましくは約２０から約３０ｐｐｍである。
研磨組成物は任意の好適な技術によって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、任意の順序でその成分を合わせることによって調製することができる。本明細書中で使用する場合、「成分」という用語は、個々の原料（例えば、砥粒、コバルト促進剤、任意選択でコバルト腐食阻害剤、酸化剤、任意選択でｐＨ調整剤など）、ならびに原料（例えば、砥粒、コバルト促進剤、任意選択でコバルト腐食阻害剤、酸化剤、任意選択でｐＨ調整剤など）の任意の組合せを包含する。
例えば、砥粒を水に分散させることができる。次いで、コバルト促進剤および任意選択でコバルト腐食阻害剤を加え、成分を研磨組成物中に組み込むことができる任意の方法によって混合することができる。研磨組成物の調製の間の任意の時間に酸化剤を加えることができる。酸化剤などの１つまたは複数の成分を使用の直前（例えば、使用の約１分前、または使用の約１時間、使用の約７日前、または使用の約１４日前）に研磨組成物に加えて使用前に研磨組成物を調製することができる。研磨組成物はまた、研磨処理の間に基板の表面で成分を混合することによっても調製することができる。
研磨組成物は、砥粒、コバルト促進剤、任意選択でコバルト腐食阻害剤、酸化剤、任意選択でｐＨ調整剤、および水を含む１パッケージのシステムとして供給することができる。あるいは、砥粒を第１の容器中で水分散液として供給し、かつコバルト促進剤、任意選択でコバルト腐食阻害剤、酸化剤、および任意選択でｐＨ調整剤を第２の容器中で乾燥形態または水中の溶液もしくは分散液のいずれかで供給することができる。第１または第２の容器中の成分が乾燥形態であると同時にその他の容器中の成分は水分散液の形態であってもよい。さらに、第１および第２の容器中の成分が異なるｐＨ値を有すること、あるいは実質的に類似のまたは等しいｐＨ値を有することが好適である。その他の２容器、または３容器またはそれより多くの容器の研磨組成物の成分の組合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することを意図した濃縮物として提供することもできる。そのような実施形態では、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研磨組成物の各成分が各成分について上記した適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在するような量で、砥粒、コバルト促進剤、任意選択でコバルト腐食阻害剤、および任意選択でｐＨ調整剤を酸化剤と共にまたはそれを伴わずに含み得る。例えば、砥粒、コバルト促進剤、任意選択でコバルト腐食阻害剤、および任意選択でｐＨ調整剤は、各成分について上記した濃度よりも約２倍（例えば、約３倍、約４倍、または約５倍）大きい量の濃度で濃縮物中に存在することができ、それによって、濃縮物を等体積の水（例えば、それぞれ等体積の２倍の水、等体積の３倍の水、または等体積の４倍の水）で希釈した時に、各成分が各成分について上に記載した範囲内の量で研磨組成物中に存在するようになる。さらには、当業者によって理解されるように、濃縮物は、その他の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確実にするために、最終の研磨組成物中に存在する適切な割合の水を含有し得る。
本発明はまた、基板を化学機械的に研磨する方法であって、（ｉ）基板を提供すること、（ｉｉ）研磨パッドを提供すること、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、（ａ）砥粒、（ｂ）コバルト促進剤、および（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、約４から約１０のｐＨを有する、研磨組成物を提供すること、（ｉｖ）基板を研磨パッドおよびそれらの間にある化学機械研磨組成物と接触させることを含み、かつ（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して移動させて基板の少なくとも一部分を摩損させることにより、基板を研磨することを含む、方法を提供する。
本発明の方法を使用して研磨される基板は、任意の好適な基板であり得る。好ましい実施形態では、研磨される基板はコバルトを含有する。好ましい基板は、コバルトを含み、コバルトから本質的になり、またはコバルトからなる少なくとも１つの層、特に研磨用の露出層を含むことにより、コバルトの少なくとも一部分が摩損（すなわち、除去）されて基板が研磨される。コバルトは、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、または電気化学めっき（ＥＣＰ）などの様々な方法で基板上に堆積され得る。Ｃｏの結晶構造の構成は、六方最密充填（ＨＣＰ）、面心立方（ＦＣＣ）、または非晶質といった様々なものであってよい。微小構造の周期性および結晶粒界サイズは、ナノメートルからミリメートルより大きい寸法までに及んでよい。特に好適な基板としては、半導体産業において使用されるウェーハが挙げられるが、これに限定されない。ウェーハは、典型的に、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合材、金属合金、低誘電性材料、またはこれらの組合せを含むまたはからなる。本発明の方法はまた、ガスタービンおよびジェット機エンジン用のタービンブレード、整形外科インプラント、股および膝関節置換術、歯科用補綴物などの人口装具用パーツ、高速度鋼ドリルビット、および永久磁石において有用なコバルトおよびコバルト合金を含む基板の研磨にも有用である。
本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と組み合わせた使用のために特に適する。典型的に、装置は、使用時に動いて、軌道、直線、または円運動に由来する速度を有する圧盤、圧盤と接触し、動いている時の圧盤と共に移動する研磨パッド、および研磨パッドの表面と接触し、それに対して移動することによって研磨される基板を保持する支持体を含む。基板の研磨は、基板が研磨パッドおよび本発明の研磨組成物と接触状態に置かれ、次いで基板の少なくとも一部分を摩損させて基板を研磨するように研磨パッドが基板に対して移動することによって起こる。
基板は、任意の好適な研磨パッド（例えば、研磨表面）と共に化学機械研磨組成物を用いて平坦化または研磨され得る。好適な研磨パッドとしては、例えば、織布および不織布の研磨パッドが挙げられる。さらに、好適な研磨パッドは、様々な密度、硬度、厚さ、圧縮率、圧縮時の復元能力、および圧縮弾性率の任意の好適なポリマーを含み得る。好適なポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、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、これらの共形成物、およびこれらの混合物が挙げられる。
望ましくは、ＣＭＰ装置は、現場での研磨終点検出システムをさらに含み、その多くは当該技術分野で公知である。ワークピースの表面から反射された光またはその他の放射線を分析することによる研磨処理を検査およびモニターする技術が当該技術分野で公知である。そのような方法は、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、および米国特許第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ピースに対する研磨処理の進行の検査またはモニタリングは、研磨の終点の決定、すなわち特定のワークピースに対する研磨処理をいつ終了させるかの決定を可能とする。
化学機械研磨処理は、基板の除去速度、ディッシング、およびエロージョンなどの点で多数の方法で特徴付けることができる。
基板の除去速度は、任意の好適な技術を使用して決定することができる。基板の除去速度を決定するための好適な技術の例として、本発明の研磨方法の使用の前および後に基板の重さを量って、研磨の単位時間あたりの除去された基板の量を決定し、それを研磨の単位時間あたりの除去された基板の厚さの点で除去速度と相関させることができ、また、本発明の研磨方法の使用の前および後に基板の厚さを決定して、研磨の単位時間あたりの基板の除去速度を直接的に測定することが挙げられる。
本発明を以下の実施形態によって例示する。
（１）実施形態（１）では、化学機械研磨組成物であって、
（ａ）砥粒、
（ｂ）コバルト促進剤、および
（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、
研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有する、
研磨組成物が提示される。
（２）実施形態（２）では、コバルト促進剤が、Ｎ－ジ（カルボキシルアルキル）アミン、Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）アミン、Ｎ，Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）－Ｎ－カルボキシルアルキルアミン、ジカルボキシヘテロ環状体、ヘテロシクリルアルキル－α－アミノ酸、Ｎ－アミノアルキルアミノ酸、非置換の複素環、アルキル置換された複素環、カルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、アルキルアミン、Ｎ－アミノアルキル－α－アミノ酸、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（１）の研磨組成物が提示される。
（３）実施形態（３）では、コバルト腐食阻害剤をさらに含む、実施形態（１）または（２）の研磨組成物が提示される。
（４）実施形態（４）では、砥粒がシリカである、実施形態（ｌ）～（３）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（５）実施形態（５）では、約０．１質量％から約５質量％の砥粒を含む、実施形態（ｌ）～（４）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（６）実施形態（６）では、約０．１質量％から約３質量％の砥粒を含む、実施形態（５）の研磨組成物が提示される。
（７）実施形態（７）では、コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、Ｎ－（２－アセトアミド）イミノ二酢酸、Ｎ－メチルイミダゾール、ピコリン酸、ジピコリン酸、４－（２－ヒドロキシエチル）－ｌ－ピペラジンエタンスルホン酸、グリシン、ビシン、トリエチルアミン、エチドロン酸、Ｎ－メチルモルホリン、マロン酸、２－ピリジンスルホネート、クエン酸、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（６）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（８）実施形態（８）では、コバルト促進剤が約５ｍＭから約１００ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（ｌ）～（７）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（９）実施形態（９）では、コバルト促進剤が約１０ｍＭから約５０ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（８）の研磨組成物が提示される。
（１０）実施形態（１０）では、酸化剤が、アリールニトロ化合物、アリールニトロソ化合物、アリールＮ－オキシド化合物、アリールヒドロキシルアミン化合物、アリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（９）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１１）実施形態（１１）では、酸化剤が、ヘテロアリールニトロ化合物、ヘテロアリールニトロソ化合物、ヘテロアリールＮ－オキシド化合物、ヘテロアリールヒドロキシルアミン化合物、ヘテロアリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（９）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１２）実施形態（１２）では、酸化剤が、亜硝酸塩、硝酸塩、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（９）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１３）実施形態（１３）では、酸化剤が約１ｍＭから約１００ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（ｌ）～（１２）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１４）実施形態（１４）では、酸化剤が約１０ｍＭから約５０ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（１３）の研磨組成物が提示される。
（１５）実施形態（１５）では、コバルト腐食阻害剤が約１０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（３）～（１４）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１６）実施形態（１６）では、約５から約９のｐＨを有する、実施形態（１）～（１５）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１７）実施形態（１７）では、約６．５から約７．５のｐＨを有する、実施形態（１６）の研磨組成物が提示される。
（１８）実施形態（１８）では、基板を化学機械的に研磨する方法であって、
（ｉ）基板を提供すること、
（ｉｉ）研磨パッドを提供すること、
（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、
（ａ）砥粒、
（ｂ）コバルト促進剤、
（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、
研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有する、
研磨組成物を提供すること、
（ｉｖ）基板を研磨パッドおよびそれらの間にある化学機械研磨組成物と接触させること、および
（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して移動させて基板の少なくとも一部分を摩損させることにより、基板を研磨すること
を含む、方法が提示される。
（１９）実施形態（１９）では、基板がコバルトを含み、かつコバルトの少なくとも一部分が摩損されて基板を研磨する、実施形態（１８）の方法が提示される。
（２０）実施形態（２０）では、基板が半導体デバイスを含む、実施形態（１８）または（１９）の方法が提示される。
（１）実施形態（１）では、化学機械研磨組成物であって、
（ａ）砥粒、
（ｂ）コバルト促進剤、および
（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、
研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有する、
研磨組成物が提示される。
（２）実施形態（２）では、コバルト促進剤が、Ｎ－ジ（カルボキシルアルキル）アミン、Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）アミン、Ｎ，Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）－Ｎ－カルボキシルアルキルアミン、ジカルボキシヘテロ環状体、ヘテロシクリルアルキル－α－アミノ酸、Ｎ－アミノアルキルアミノ酸、非置換の複素環、アルキル置換された複素環、カルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、アルキルアミン、Ｎ－アミノアルキル－α－アミノ酸、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（１）の研磨組成物が提示される。
（３）実施形態（３）では、コバルト腐食阻害剤をさらに含む、実施形態（１）または（２）の研磨組成物が提示される。
（４）実施形態（４）では、砥粒がシリカである、実施形態（ｌ）～（３）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（５）実施形態（５）では、約０．１質量％から約５質量％の砥粒を含む、実施形態（ｌ）～（４）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（６）実施形態（６）では、約０．１質量％から約３質量％の砥粒を含む、実施形態（５）の研磨組成物が提示される。
（７）実施形態（７）では、コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、Ｎ－（２－アセトアミド）イミノ二酢酸、Ｎ－メチルイミダゾール、ピコリン酸、ジピコリン酸、４－（２－ヒドロキシエチル）－ｌ－ピペラジンエタンスルホン酸、グリシン、ビシン、トリエチルアミン、エチドロン酸、Ｎ－メチルモルホリン、マロン酸、２－ピリジンスルホネート、クエン酸、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（６）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（８）実施形態（８）では、コバルト促進剤が約５ｍＭから約１００ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（ｌ）～（７）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（９）実施形態（９）では、コバルト促進剤が約１０ｍＭから約５０ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（８）の研磨組成物が提示される。
（１０）実施形態（１０）では、酸化剤が、アリールニトロ化合物、アリールニトロソ化合物、アリールＮ－オキシド化合物、アリールヒドロキシルアミン化合物、アリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（９）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１１）実施形態（１１）では、酸化剤が、ヘテロアリールニトロ化合物、ヘテロアリールニトロソ化合物、ヘテロアリールＮ－オキシド化合物、ヘテロアリールヒドロキシルアミン化合物、ヘテロアリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（９）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１２）実施形態（１２）では、酸化剤が、亜硝酸塩、硝酸塩、およびこれらの組合せから選択される、実施形態（ｌ）～（９）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１３）実施形態（１３）では、酸化剤が約１ｍＭから約１００ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（ｌ）～（１２）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１４）実施形態（１４）では、酸化剤が約１０ｍＭから約５０ｍＭの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（１３）の研磨組成物が提示される。
（１５）実施形態（１５）では、コバルト腐食阻害剤が約１０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する、実施形態（３）～（１４）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１６）実施形態（１６）では、約５から約９のｐＨを有する、実施形態（１）～（１５）のいずれか１つの研磨組成物が提示される。
（１７）実施形態（１７）では、約６．５から約７．５のｐＨを有する、実施形態（１６）の研磨組成物が提示される。
（１８）実施形態（１８）では、基板を化学機械的に研磨する方法であって、
（ｉ）基板を提供すること、
（ｉｉ）研磨パッドを提供すること、
（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、
（ａ）砥粒、
（ｂ）コバルト促進剤、
（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、酸化剤が、ニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、
研磨組成物が約４から約１０のｐＨを有する、
研磨組成物を提供すること、
（ｉｖ）基板を研磨パッドおよびそれらの間にある化学機械研磨組成物と接触させること、および
（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を基板に対して移動させて基板の少なくとも一部分を摩損させることにより、基板を研磨すること
を含む、方法が提示される。
（１９）実施形態（１９）では、基板がコバルトを含み、かつコバルトの少なくとも一部分が摩損されて基板を研磨する、実施形態（１８）の方法が提示される。
（２０）実施形態（２０）では、基板が半導体デバイスを含む、実施形態（１８）または（１９）の方法が提示される。
以下の実施例は本発明を実例によりさらに説明するが、当然ながら、いかなる点でもその範囲を限定するものと解してはならない。
実施例１
本実施例は、コバルト静的エッチング速度（「ＳＥＲ」）に対するコバルト促進剤と酸化剤との組合せの影響力を実証する。
本実施例は、コバルト静的エッチング速度（「ＳＥＲ」）に対するコバルト促進剤と酸化剤との組合せの影響力を実証する。
コバルトクーポン（１ｃｍ×１ｃｍ）を異なる組成物（組成物１Ａ～１Ｗ）と３５℃で５分間接触させることによってコバルトＳＥＲを決定した。下記表１に別段の記載がなければ、組成物１Ｂ～１ＷはｐＨ７で３０ｍＭのイミノ二酢酸（「ＩＤＡ」）および３０ｍＭの酸化剤を含有した。比較のために、組成物１Ａは酸化剤無しで３０ｍＭのＩＤＡのみを含有した。コバルトＳＥＲに対するコバルト促進剤の影響力を実証するために、コバルトクーポン（１ｃｍ×１ｃｍ）をＩＤＡを有しない組成物１Ｂ～１Ｗと接触させることによってもコバルトＳＥＲを決定した。結果を表１に示す。
表１に示す結果から明らかなように、ほとんどの組成物は、試験した酸化剤をイミノ二酢酸と組み合わせた時に向上したＳＥＲを呈した。組成物１Ｂ～１Ｎおよび１Ｐ～１Ｒは相乗的なコバルトＳＥＲを呈し、すなわち、組成物１Ｂ～１ＮおよびＩＰ～１ＲについてのＳＥＲはＩＤＡを有しない組成物についてのＳＥＲとＩＤＡのみを含む組成物１ＡについてのＳＥＲとの和を上回った。例えば、ＩＤＡを有する組成物ＩＢのＳＥＲは３１１Å／分であり、これはＩＤＡを有しない組成物ＩＢのＳＥＲ（すなわち、１Å／分）と組成物１ＡのＳＥＲ（すなわち、３０Å／分）との和より顕著に大きい（すなわち、３１１Å／分＞３１Å／分）。
実施例２
本実施例は、広範なｐＨ範囲にわたってコバルト促進剤および酸化剤を含む組成物が呈するコバルトＳＥＲを実証する。
本実施例は、広範なｐＨ範囲にわたってコバルト促進剤および酸化剤を含む組成物が呈するコバルトＳＥＲを実証する。
コバルトクーポン（１ｃｍ×１ｃｍ）を異なる組成物（組成物２Ａ～２Ｋ）と３５℃で５分間接触させることによってコバルトＳＥＲを決定した。組成物２Ａ～２Ｋは、３０ｍＭのコバルト促進剤および３０ｍＭの４－ニトロピリジンＮ－オキシド（「４－ΝΡΝΟ」）または３０ｍＭの３－ニトロベンゼンスルホン酸ナトリウム（「ＮＢＳ」）を含有した。５、７、および９のｐＨ値の様々な組成物でＳＥＲを決定した。結果を表２に示す。
コバルトクーポン（１ｃｍ×１ｃｍ）を３０ｍＭの促進剤のみまたは３０ｍＭの酸化剤のみを含有する対照組成物とも接触させた。３０ｍＭの促進剤のみを含有する組成物について、コバルトＳＥＲは３０Å／分未満であった。３０ｍＭの酸化剤のみを含有する組成物について、コバルトＳＥＲは１０Å／分未満であった。
表２に示す結果から明らかなように、ほとんどの組成物は、コバルト促進剤のみまたは酸化剤のみを含む対照組成物と比べて顕著に向上したＳＥＲを呈した。実際、組成物２Ａ～２Ｋのそれぞれは１つまたは複数の酸化剤および試験したｐＨ値について相乗的なコバルトＳＥＲを呈した。相乗的なコバルトＳＥＲは、酸化剤のみを含む対照組成物についてのＳＥＲ（すなわち、１０Å／分未満）と促進剤のみを含む対照組成物についてのＳＥＲ（すなわち、３０Å／分未満）との和よりも大きい５０Å／分より高いＳＥＲとして定義される。組成物２Ａおよび２Ｄは、両方の酸化剤および試験した各ｐＨ値について相乗的なコバルトＳＥＲを呈した。
実施例３
本実施例は、コバルト研磨速度と実施例１に示すＳＥＲ値との関係を実証する。
本実施例は、コバルト研磨速度と実施例１に示すＳＥＲ値との関係を実証する。
コバルト物理蒸着（「ＰＶＤ」）ウェーハを使用し、Ｌｏｇｉｔｅｃｈの卓上型研磨機上で、５０ｍｌ／分のスラリー流速を用いてＮｅｘｐｌａｎａｒ Ｅ６０８８パッドに６．９ｋＰａのダウンフォースで研磨を実行した。静的エッチング速度の実験手順は実施例１に記載の通りであった。研磨組成物３Ａ～３Ｊは、ｐＨ７で、表３に挙げる３０ｍｍｏｌの酸化剤または塩、３０ｍｍｏｌのＩＤＡ、殺生物剤、および０．５％のコロイダルシリカ砥粒を含有した。酸化剤を欠いた研磨組成物３Ｇは３０ｍｍｏｌｅの酢酸カリウムを含有し、これを対照として含めた。比較のために、研磨組成物３Ｋは、酸化剤無しで、３０ｍｍｏｌのＩＤＡ、殺生物剤、および０．５％のコロイダルシリカ砥粒を含有した。
表３に示す結果から明らかなように、コバルト材料除去速度は、全般的に、コバルト静的エッチング速度（「ＳＥＲ」）の増加と共に増加する。したがって、より高いＳＥＲを提供する組成物は、望ましいことに、より高いコバルト除去速度を提供する。例えば、研磨組成物３Ａは比較的高い静的エッチング速度および比較的高いコバルト除去速度を呈する一方、研磨組成物３Ｊは比較的低い静的エッチング速度および比較的低いコバルト除去速度を呈する。
表３に示す結果からこれも明らかなように、研磨組成物３Ａ～３Ｅについてのコバルト除去速度は、酸化剤を含有しない比較用研磨組成物３Ｋについてのコバルト除去速度（すなわち、１２００Å／分）を上回った。
実施例４
本実施例は、Ｎ－オキシドまたは４－ニトロピリジン酸化剤を含有する組成物が呈するコバルトＳＥＲを実証する。
本実施例は、Ｎ－オキシドまたは４－ニトロピリジン酸化剤を含有する組成物が呈するコバルトＳＥＲを実証する。
コバルトクーポン（１ｃｍ×１ｃｍ）を異なる組成物（組成物４Ａ～４Ｏ）と３５℃、組成物のｐＨ値７で接触させることによってコバルトＳＥＲを決定した。別段の記載がなければ、組成物４Ａ～４Ｏは表４に挙げた３０ｍＭの酸化剤を含有し、また組成物に含まれる３０ｍＭのＩＤＡ有りまたは無しで試験を行った。酸化剤を含有しない組成物４ＡについてのコバルトＳＥＲのデータを対照として与える。酸化剤としてＨ２Ｏ２を含有した組成物４ＢについてのコバルトＳＥＲのデータを比較例として与える。結果を表４に示す。
表４に示す結果から明らかなように、ＩＤＡと本発明の酸化剤との組合せは、コバルトＳＥＲの有意な増進を提供する。例えば、組成物４Ｄ、４Ｅ、４Ｍ、および４Ｏによって提供されるコバルトＳＥＲを、酸化剤を含有しない組成物４Ａによって提供されるコバルトＳＥＲと比較されたい。具体的には、組成物４Ｄ、４Ｅ、４Ｍ、および４Ｏは、組成物４Ａによって提供されるコバルトＳＥＲと比べてコバルトＳＥＲを少なくとも７７Å／分増進する。
表４はまた、酸化剤としてＨ２Ｏ２を含有する組成物４Ｂによって提供されるエッチング速度と類似のまたはそれより良好な速度でコバルトをエッチングする本発明の酸化剤を含む組成物４Ｃ～４Ｏの能力も実証する。Ｈ２Ｏ２は化学機械研磨組成物において使用される典型的な酸化剤である。具体的には、研磨組成物４Ｄ、４Ｅ、４Ｍ、および４Ｏは、コバルトＳＥＲにおいて０．６％のＨ２Ｏ２を劇的に凌駕し、組成物４Ｂによって提供されるコバルトＳＥＲと比べてコバルトＳＥＲを少なくとも５５Å／分増進した。
加えて、組成物４Ｅによって提供されるコバルトＳＥＲに実証されるように、最も活性の酸化剤である４－ニトロピリジンＮ－オキシドは３ｍＭという低い濃度で高い程度の活性を維持する。
実施例５
本実施例は、コバルト阻害剤および殺生物剤を含むコバルト研磨組成物についてのコバルト除去速度を実証する。
本実施例は、コバルト阻害剤および殺生物剤を含むコバルト研磨組成物についてのコバルト除去速度を実証する。
４ｃｍ×４ｃｍのコバルトフィルムクーポンを使用し、Ｌｏｇｉｔｅｃｈの卓上型研磨機上で研磨を行った。研磨組成物５Ａ～５Ｌは、表６に示すように、０．５％のシリカ砥粒、３０ｍＭの促進剤、酸化剤（非過酸化物ベースの分子について３０ｍＭ）、３１ｐｐｍの殺生物剤、および任意選択でコバルト阻害剤を含有した。各研磨組成物はｐＨ値７を有した。比較用研磨組成物３Ｋ（上記実施例３および表３に記載）によって提供されるコバルト除去速度に対するパーセンテージとしてコバルト除去速度を表５に報告する。すなわち、結果を１２００Å／分のコバルト除去速度に対するパーセンテージ（例えば、観察された除去速度（Å／分）／１２００）×１００）として報告する。
本実施例によって実証されるように、本発明による酸化剤およびコバルト阻害剤を含む研磨組成物は、望ましいことに、有益なコバルト研磨速度を提供する。より具体的には、本実施例は、Ｈ２Ｏ２の代替として４－ニトロピリジン、４－ニトロピリジンＮ－オキシド、または４－メトキシピリジンＮ－オキシドを含む研磨組成物の研磨効果を実証する。例えば、研磨組成物５Ｂ～５Ｄ、５Ｆ、５Ｊ、および５Ｌによって提供される除去速度を酸化剤を含有しない比較用研磨組成物３Ｋによって提供される除去速度と比較されたい。
さらには、研磨組成物５Ｊおよび５Ｌは、本発明の酸化剤を用いる研磨組成物用の有益な促進剤としてＮ－メチルイミダゾールおよびピコリン酸を例示する。
本明細書中で参照した刊行物、特許出願、および特許などの全ての参照文献は、参照することにより各参照文献が組み込まれることが個々的かつ具体的に示され、かつ本明細書中にその全体が記載されているのと同程度に、参照することにより本明細書に組み込まれる。
本発明の記載の文脈（特に以下の請求項の文脈）における「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも１つの」といった用語および類似の指示語の使用は、本明細書中に別段の記載がなくかつ文脈に明らかに矛盾しなければ、単数および複数の両方を包含すると解するべきである。「少なくとも１つの」という用語の後に１つまたは複数の項目の列挙を使用する場合（例えば、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」）、本明細書中に別段の記載がなくかつ文脈に明らかに矛盾しなければ、列挙した項目から選択される１つの項目（ＡまたはＢ）、または列挙した項目の２つまたはそれより多くの任意の組合せ（ＡおよびＢ）を意味すると解するべきである。「～を含む」、「～を有する」、「～を包含する」、および「～を含有する」という用語は、別段の記載がなければ、オープンエンドの用語（すなわち、「～を含むが、これらに限定されない」を意味する）と解するべきである。本明細書中の値の範囲の列記は、本明細書中に別段の記載がなければ、範囲内に含まれる各個別の値を個々に指す簡略化した方法として機能することを意図したに過ぎず、各個別の値は、本明細書中に個々に記載されたかのように本明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載する全ての方法は、本明細書中に別段の記載がなくかつ文脈に明らかに矛盾しなければ、任意の好適な順序で行うことができる。任意のおよび全ての実施例、または本明細書中で提供する例示的な表現（例えば、「など」）の使用は、本発明をよりよく明らかにすることを意図したに過ぎず、別段の請求が無ければ発明の範囲を限定しない。本明細書中のいかなる表現も、任意の請求されていない要素が本発明の実施に必須であることを示していると解するべきではない。
本発明者らに既知の本発明を実行するため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中に記載している。これらの好ましい実施形態の変形が、以上の説明を読んだ当業者に明らかとなり得る。本発明者らは、当業者がそのような変形を適宜用いることを予期しており、また本発明者らは、具体的に本明細書中に記載した以外の方法で本発明が実施されることを意図する。したがって、本発明は、適用法によって許容される本明細書に添付した特許請求の範囲に記載の主題の全ての改良および均等物を包含する。さらに、その全ての可能な変形における上記の要素の任意の組合せは、本明細書中に別段の記載がなくかつ文脈に明らかに矛盾しなければ、本発明に包含される。
Claims (34)
- 化学機械研磨組成物であって、
（ａ）砥粒、
（ｂ）コバルト促進剤、前記コバルト促進剤は、前記研磨組成物中に５ｍＭ～１００ｍＭの濃度で存在する、および
（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、前記酸化剤が、ヘテロアリールニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、
前記研磨組成物が４から１０のｐＨを有する、
研磨組成物。 - 前記コバルト促進剤が、Ｎ－ジ（カルボキシルアルキル）アミン、Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）アミン、Ｎ，Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）－Ｎ－カルボキシルアルキルアミン、ジカルボキシヘテロ環状体、ヘテロシクリルアルキル－α－アミノ酸、Ｎ－アミノアルキルアミノ酸、非置換の複素環、アルキル置換された複素環、カルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、アルキルアミン、Ｎ－アミノアルキル－α－アミノ酸、およびこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の研磨組成物。
- コバルト腐食阻害剤をさらに含む、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記砥粒がシリカである、請求項１に記載の研磨組成物。
- ０．１質量％から５質量％の前記砥粒を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
- ０．１質量％から３質量％の前記砥粒を含む、請求項５に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、Ｎ－（２－アセトアミド）イミノ二酢酸、Ｎ－メチルイミダゾール、ピコリン酸、ジピコリン酸、４－（２－ヒドロキシエチル）－ｌ－ピペラジンエタンスルホン酸、グリシン、ビシン、トリエチルアミン、エチドロン酸、Ｎ－メチルモルホリン、マロン酸、２－ピリジンスルホネート、クエン酸、およびこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト促進剤が１０ｍＭから５０ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤が、アリールニトロソ化合物、アリールＮ－オキシド化合物、アリールヒドロキシルアミン化合物、アリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤が、ヘテロアリールニトロソ化合物、ヘテロアリールＮ－オキシド化合物、ヘテロアリールヒドロキシルアミン化合物、ヘテロアリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤が、亜硝酸塩である、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤が１ｍＭから１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
- 前記酸化剤が１０ｍＭから５０ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１２に記載の研磨組成物。
- 前記コバルト腐食阻害剤が１０ｐｐｍから１０００ｐｐｍの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項３に記載の研磨組成物。
- ５から９のｐＨを有する、請求項１に記載の研磨組成物。
- ６．５から７．５のｐＨを有する、請求項１５に記載の研磨組成物。
- 基板を化学機械的に研磨する方法であって、
（ｉ）基板を提供すること、
（ｉｉ）研磨パッドを提供すること、
（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、
（ａ）砥粒、
（ｂ）コバルト促進剤、および
（ｃ）金属を酸化する酸化剤を含み、前記酸化剤が、ヘテロアリールニトロ化合物、ニトロソ化合物、Ｎ－オキシド化合物、亜硝酸塩化合物、ヒドロキシルアミン化合物、オキシム化合物、およびこれらの組合せから選択され、
前記研磨組成物が４から１０のｐＨを有する、
前記研磨組成物を提供すること、
（ｉｖ）前記基板を前記研磨パッドおよびそれらの間にある前記化学機械研磨組成物と接触させること、および
（ｖ）前記研磨パッドおよび前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して移動させて前記基板の少なくとも一部分を摩損させることにより、前記基板を研磨すること
を含む、方法。 - 前記コバルト促進剤が、Ｎ－ジ（カルボキシルアルキル）アミン、Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）アミン、Ｎ，Ｎ－ジ（ヒドロキシアルキル）－Ｎ－カルボキシルアルキルアミン、ジカルボキシヘテロ環状体、ヘテロシクリルアルキル－α－アミノ酸、Ｎ－アミノアルキルアミノ酸、非置換の複素環、アルキル置換された複素環、カルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、アルキルアミン、Ｎ－アミノアルキル－α－アミノ酸、およびこれらの組合せから選択される、請求項１７に記載の方法。
- 前記研磨組成物がコバルト腐食阻害剤をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
- 前記砥粒がシリカである、請求項１７に記載の方法。
- 前記研磨組成物が０．１質量％から５質量％の前記砥粒を含む、請求項１７に記載の方法。
- 前記研磨組成物が０．１質量％から３質量％の前記砥粒を含む、請求項２１に記載の方法。
- 前記コバルト促進剤が、イミノ二酢酸、Ｎ－（２－アセトアミド）イミノ二酢酸、Ｎ－メチルイミダゾール、ピコリン酸、ジピコリン酸、４－（２－ヒドロキシエチル）－ｌ－ピペラジンエタンスルホン酸、グリシン、ビシン、トリエチルアミン、エチドロン酸、Ｎ－メチルモルホリン、マロン酸、２－ピリジンスルホネート、クエン酸、およびこれらの組合せから選択される、請求項１７に記載の方法。
- 前記コバルト促進剤が５ｍＭから１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１７に記載の方法。
- 前記コバルト促進剤が１０ｍＭから５０ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項２４に記載の方法。
- 前記酸化剤が、アリールニトロソ化合物、アリールＮ－オキシド化合物、アリールヒドロキシルアミン化合物、アリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、請求項１７に記載の方法。
- 前記酸化剤が、ヘテロアリールニトロソ化合物、ヘテロアリールＮ－オキシド化合物、ヘテロアリールヒドロキシルアミン化合物、ヘテロアリールオキシム化合物、およびこれらの組合せから選択される、請求項１７に記載の方法。
- 前記酸化剤が、亜硝酸塩である、請求項１７に記載の方法。
- 前記酸化剤が１ｍＭから１００ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１７に記載の方法。
- 前記酸化剤が１０ｍＭから５０ｍＭの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項２９に記載の方法。
- 前記コバルト腐食阻害剤が１０ｐｐｍから１０００ｐｐｍの濃度で前記研磨組成物中に存在する、請求項１９に記載の方法。
- 前記研磨組成物が５から９のｐＨを有する、請求項１７に記載の方法。
- 前記研磨組成物が６．５から７．５のｐＨを有する、請求項３２に記載の方法。
- 前記基板がコバルトを含み、かつ前記コバルトの少なくとも一部分が摩損されて前記基板を研磨する、請求項１７に記載の方法。
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