JP7411105B2 - 硬質材料研磨するためのｃｍｐ組成物 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１月３１日に出願された米国仮出願第６２／９６８，４８０号の優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、例えば、そのような硬質材料を含む集積回路（ＩＣ）を製造するための、硬質材料の化学機械研磨（ＣＭＰ）に関する。

集積回路を形成するために、マイクロ電子デバイスウエハが使用される。マイクロ電子デバイスウエハは、絶縁性、導電性又は半導電性を有する異なる材料の堆積のために領域がパターニングされたケイ素などの基板を含む。

正しいパターニングを得るために、基板上に層を形成する際に使用される余分な材料を除去しなければならない。さらに、機能的で信頼性の高い回路を製造するためには、後続の処理の前に平坦又は平面のマイクロ電子ウエハ表面を準備することがしばしば重要である。したがって、マイクロ電子デバイスウエハの特定の表面を平面化及び／又は研磨する必要がある。

化学機械研磨又は平面化（「ＣＭＰ」）は、マイクロ電子デバイスウエハの表面から材料を除去し、摩耗などの物理的プロセスと酸化又はキレート化などの化学的プロセスとを組み合わせることによって表面を平面化及び研磨するプロセスである。その最も基本的な形態では、ＣＭＰは、除去、平面化、及び研磨プロセスを達成するために、マイクロ電子デバイスウエハの表面をバフ研磨する研磨パッドにスラリー、例えば研磨剤及び活性化学物質の溶液を塗布することを含む。高速で均一な除去を達成するためには、典型的には、除去又は研磨プロセスを純粋に物理的又は純粋に化学的な作用で構成することは望ましくなく、むしろ両方の相乗的な組み合わせで構成することが望ましい。集積回路の製造において、ＣＭＰスラリーはまた、その後のフォトリソグラフィー、パターニング、エッチング及び薄膜処理のために高度に平面の表面を生成することができるように、金属及び他の材料の複合層を含む膜を優先的に除去することができなければならない。従来のＣＭＰ動作では、基板担体又は研磨ヘッドが担体アセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置内の研磨パッドと接触して配置される。担体アセンブリは、基板を研磨パッドに押し付ける制御可能な圧力を基板に提供する。パッドは、基板に対して移動される。

ダイヤモンドなどの硬質材料、炭化ケイ素などの炭化物、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムなどの窒化物、並びに非晶質炭素、並びにそれらの混合化合物のＣＭＰ研磨速度を向上させることが求められている。非晶質炭素はまた、化学反応性を非常に困難にし、したがってＣＭＰ中のより低い除去速度を示す疎水性表面を有し得る。これらの材料は、誘電体、エッチストップ、又は集積回路（ＩＣ）及び他の関連用途のための関連機能として使用されてもよい。ＣＭＰプロセスの全体的な摩擦が低く、基板の表面に研磨欠陥が本質的に発生しないことが一般に重要である。さらに、研磨中の圧力及び速度が増加するにつれて、研磨プロセス中の温度上昇を減少させる必要がある。研磨プロセス中の温度上昇の低減は、プロセスをより安定かつ再現性のあるものにする。

一実施形態では、本発明は、
水性液体担体、
オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物、並びに
パー系酸化剤
を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）用のスラリーを提供する。

本発明のスラリー組成物は、ダイヤモンド、炭化ケイ素などの炭化物、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムなどの窒化物、並びに非晶質（硬質及び軟質）炭素、グラファイト並びにそれらの混合化合物を含む様々な基板の化学機械研磨に有用である。したがって、このような基板の化学機械研磨のための方法も本発明によって提供される。一実施形態では、本発明は、シリカ膜よりも高い選択性で非晶質炭素の高い除去速度を提供し、特定の実施形態では、高い除去速度を達成しながら、スラリー組成物中の正味研磨剤含有量を非常に低い量又はさらには０に低減する。

開示されたスラリー及び開示された方法と共に使用することができるＣＭＰ装置の簡略図を示す。 ＣＭＰプロセスで使用する前に、第１の成分と第２の成分とを混合して開示されたスラリーを形成する混合手順を示す。 ５．５及び１．２重量パーセントの過マンガン酸カリウム濃度を比較した、材料除去速度（ｎｍ／分）対圧力×速度のグラフである。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、内容が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の指示対象を含む。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、「又は」という用語は、一般に、内容が明らかにそうでないことを指示しない限り、「及び／又は」を含む意味で使用される。

「約」という用語は、一般に、列挙された値と等価である（例えば、同じ機能又は結果を有する）と考えられる数の範囲を指す。多くの場合、「約」という用語は、最も近い有効数字に丸められた数字を含むことができる。

端点を使用して表される数値範囲は、その範囲内に包含されるすべての数を含む（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４及び５を含む）。

第１の態様では、本発明は、
Ａ．水性液体担体、
Ｂ． ａ．酸素及びアニオン含有遷移金属化合物、又は
ｂ．遷移金属及び酸素若しくは水素を含む多原子カチオン、又は
ｃ．オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物、並びに
Ｃ．パー系酸化剤
を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）用のスラリーを提供する。

換言すれば、組成物は、Ａ、及びＢ、すなわちａ、ｂ又はｃの少なくとも１つ、及びＣを含む。

上記で言及した水性液体担体は水を含む。

特定のＣＭＰプロセスでは、スラリーは、他の添加剤に加えて、研磨粒子と、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム、過酸化水素、又は過硫酸カリウムなどの酸化剤とを含有する。過マンガン酸塩は、過マンガン酸（ＶＩＩ）イオン、ＭｎＯ^－４を含有する化合物の総称である。過マンガン酸塩のマンガンは＋７の酸化状態であるため、過マンガン酸イオンは強い酸化剤である。過硫酸塩（ペルオキシ硫酸塩又はペルオキソ二硫酸塩として知られることもある）という用語は、アニオンＳＯ_５ ^２－又はＳ_２Ｏ_８ ^２－を含有するイオン又は化合物を指す。

本明細書で「カチオン対アニオン比」と呼ばれるものは、本明細書ではＣＡＲと略され、一般式Ｃ_ａＹ_ｂを有する酸化剤の比であり、式中、「Ｃ」は金属カチオンを表し、Ｙはアニオンを表す。Ｃの例としては、Ｎａ、Ｋ、及びＣｓを含む第１族アルカリ金属が挙げられ、第ＩＩ族金属の例としては、カルシウム及びバリウムが挙げられ、ＮＨ_４ ^＋などの少なくとも１つの炭素原子又は１つの窒素原子のいずれかを含有する。Ｙの例としては、硝酸塩（ＮＯ_３ ^－）、ハロゲン化物、硫酸塩、硫化物、及び酸化物などのイオンが挙げられる。本明細書で使用される「ａ」及び「ｂ」という用語は、それぞれカチオン及びアニオンの化学式中の単位の数を指す。

したがって、酸化剤Ｃ_ａＹ_ｂのＣＡＲは、以下の式によって与えられる。
ＣＡＲ＝－１．０＊［（ａ）＊（カチオンＣの酸化数）］／［（ｂ）＊アニオンＹの酸化数）］。

ＣＡＲ値は、典型的には、Ｎａ、Ｋ及びＣｓなどのＩ族のアルカリ金属酸化剤並びにカルシウム又はバリウムなどのＩＩ族の金属酸化剤について１である。特定のパー化合物酸化剤の場合のＫＭｎＯ_４の場合、アニオンの酸化数は－１．０であり、カチオンは１．０であるため、ＣＡＲ値＝－１．０＊（１＊１．０）／（１＊－１．０）＝１．００である。過マンガン酸カルシウム（Ｃａ（ＭｎＯ_４）_２）の場合、アニオンの酸化数は－１．０であるが、カチオンの酸化数は２であるため、過マンガン酸カルシウムのＣＡＲ値＝－１．０＊（１＊２．０）／（２＊－１．０）＝１．００である。

パー化合物酸化剤の場合、Ｎａ、Ｋ、又はＣａなどのアルカリ金属カチオンの一部又は全部が水素イオンで置換されている場合、パー化合物酸化剤Ｃ_ａＹ_ｂの一般式はＨ_ｃＣ_ａ－ｘＹ_ｂとなり、「ｃ」及び「ｘ」は０．０１より大きい正の量であり、Ｈは水素原子を指す。電荷的中性を維持するために、ｃ＝（カチオンの酸化数）＊ｘ。Ｉ族及び／又はＩＩ族カチオンは、イオン交換などの開示されたカチオン置換プロセス、又は電気透析若しくは逆浸透などの別のカチオン置換プロセスを使用して水素イオンで置き換えることができる。したがって、パー化合物酸化剤中のアルカリ金属カチオン（第１族）又は第２族カチオンを水素で置き換えることによって、パー化合物酸化剤のＣＡＲ値を１から０．９９未満に低下させることができる。カチオンの水素による置換量が多いほど、得られるＣＡＲ値は低くなる。

本発明のスラリーはまた、（ｃ）化学式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂを有するオキシ化合物の水溶性イオンを含むことができ、式中、Ｄは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｙ及びＮｉなどの遷移金属を指し、Ｏは酸素を指し、Ｘは、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、硫化物及び酸化物などのアニオンを指す。そのようなオキシ化合物は、オキシ－クロライド、オキシ－ニトレート、オキシ－サルフェート、オキシ－スルフィド、Ｃ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエート、（例えば、オキシ－アセテート）、オキシ－ブチレート、又はそれらの混合物の遷移金属塩とも呼ばれ得る。そのようなオキシ化合物は、溶解時に遷移金属並びに酸素及び／又は水素を含む多原子カチオンを生成する前駆体として使用することができる。量「ａ」、「ｄ」、「ｂ」は正の量である。このような化合物の水溶性カチオンは、少なくとも二原子であり、Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋（式中、Ｄは遷移金属カチオンを指し、Ｏは酸素原子を指し、Ｈは水素を指す）などの本質的に多原子であり得るため、Ｃｕ^＋、Ｆｅ^２＋、又はＹ^３＋などの単一原子遷移金属カチオンとは明確に異なる。「ａ」、「ｄ」及び「ｂ」という用語は正の量を指し、ｅ＋は可溶性カチオンの電荷を指す。可溶性カチオンの例としては、ＺｒＯ^＋、ＺｒＯ^＋＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、ＴｉＯ^＋、及びＴｉＯ^＋＋が挙げられる。そのようなオキシ化合物の例としては、限定されないが、オキシ硝酸ジルコニウム［ＺｒＯ（ＮＯ_３）_２］、オキシ塩化ジルコニウム［ＺｒＯＣｌ_２］、オキシ硝酸ニッケル［ＮｉＯ（ＮＯ_３）_２］、オキシ塩化ニッケル［ＮｉＯＣｌ_２］、オキシ硝酸ハフニウム［ＨｆＯ（ＮＯ_３）_２］、オキシ塩化ハフニウム［ＨｆＯＣｌ_２］、オキシ硫酸ジルコニウム［ＺｒＯ（ＳＯ_４）］及び式ＸＯ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ－１Ｏ_２）_２（式中、「Ｘ」は遷移金属であり、「ｎ」は２から１０まで変動し得る）を有する化合物が挙げられ、式ＸＯ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ－１Ｏ_２）_２を有する化合物の例としては、限定されないが、オキシ酢酸ジルコニウム［ＺｒＯ（Ｃ_２Ｈ_３Ｏ_２）_２］、オキシ酪酸ジルコニウム［ＺｒＯ（Ｃ_４Ｈ_７Ｏ_２）_２］、オキシカプリル酸ジルコニウム［ＺｒＯ（Ｃ_８Ｈ_１５Ｏ_２）_２］、（ＮＨ_４）_２ＺｒＯ（ＣＯ_３）_２などが挙げられる。

他の実施形態（成分ｃ）はまた、ＤＯ_ａＨ_ｂの形態の化学物質を有する水不溶性、部分的又は完全に可溶性の水和金属酸化物を含み、式中、Ｄは遷移金属を指し、Ｏ及びＨはそれぞれ酸素及び水素を指す。水和酸化物の例としては、ＮｉＯＯＨ、ＡｌＯＯＨ、Ｚｒ（ＯＨ）_４、及びＺｒＯ（ＯＨ）が挙げられる。

他の実施形態は、水性液体担体と、０～１のＣＡＲ値を有するパー系酸化剤と混合された、Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋の形態の多原子カチオン（すなわち、成分ｂ）をｉｎ ｓｉｔｕで生成し得る化学式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂを有する部分的又は完全に水溶性のオキシ化合物、又は非晶質不溶性水和非晶質遷移金属酸化物粒子とを含むＣＭＰスラリーを含む。場合により、スラリーは、イオン性（例えば、カチオン性、双性イオン性、アニオン性）又は非イオン性界面活性剤であり得る他の粒子及び／又は界面活性剤も含有することができる。場合により、スラリーはまた、混合から研磨プロセスのための使用までの間が所定の時間以下、一般に７日未満であるように、適切な時間に混合することができる２つのスラリー成分に分割することができる。

他の実施形態はまた、水性液体担体と、酸素及びアニオン含有遷移金属化合物又は遷移金属及び酸素及び／若しくは水素を含む多原子カチオン（すなわち、成分ａ）と、パー系酸化剤とを含むＣＭＰ用スラリーを含む。酸素及びアニオン含有遷移金属化合物のアニオンとしては、オキシニトレート、オキシクロライド、オキシ水酸化物又はオキシサルフェートを挙げることができる。パー系酸化剤は、過マンガン酸塩化合物であり得る。オキシ及びアニオン含有遷移金属化合物の例としては、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ塩化ハフニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、又はオキシ塩化ジルコニウムが挙げられる。スラリーは、シリカ、ジルコニア、セリア、アルミナ、アルミナ－セリア、酸化マンガンコーティング粒子及び水和金属酸化物粒子のうちの少なくとも１つを含む少なくとも５のモース硬度を有する研磨酸化物粒子を場合により含むことができる。

他の実施形態はまた、基板の化学機械研磨の方法であって、水性液体担体及び少なくとも１つのパー系酸化剤を含む第１の成分と、水性担体、並びに酸素及びアニオン遷移金属化合物又は遷移金属及び酸素及び／若しくは水素を含む多原子カチオンを含む第２の成分とを含むスラリーを提供することを含む方法を含む。上記のように、多原子カチオンは、オキシ化合物の溶解によって、又は多原子カチオンの前駆体として作用する他の化合物によって形成され得る。多原子カチオンは、一般に、スラリーに直接添加されず、代わりに有利にスラリー溶液中に形成される。溶解時にオキシ化合物が多原子カチオン及び他の化合物も生じることが本明細書で認識される。第１及び第２の成分を混合してスラリーを形成する。ＣＭＰ装置は、基板の表面の少なくとも一部を除去するためにスラリーが供給される研磨パッドに対して基板を露出又は擦る。混合からスラリーの使用までの待機は、特定の実施形態では、最大７日間又はそれより長くすることができる。基板は、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイヤモンド、又は非晶質炭素などの硬質基板材料を含むことができる。他の基板としては、非晶質軟質炭素及びグラファイトが挙げられる。

特定の実施形態では、ＣＭＰ研磨スラリー組成物は、（ｉ）化学式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂを有する部分的若しくは完全に水溶性のオキシ化合物、（ｉｉ）Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋の形態の多原子カチオン、及び／又は（ｉｉｉ）過マンガン酸塩系酸化剤と混合され得る水和金属酸化物のうちの１つ以上を含む。ＣＡＲ値は、０～１、例えば０．３～０．９７、又は０．９０未満、例えば０．２０～０．９０であり得る。０．０のＣＡＲ値を有する過マンガン酸水素の場合など、ＣＡＲ値は０であってもよいことに留意されたい。過マンガン酸水素は商業的に入手することはできないが、開示されたカチオン置換プロセスを用いて生成することができる。

例えば、１未満のＣＡＲ値は、過マンガン酸塩系酸化剤のＩ族アルカリ金属又はＩＩ族金属が除去され、水素イオンで置き換えられたパー系酸化剤を処理することによって達成することができる。カチオン置換処理は、イオン交換プロセス、電気透析又は逆浸透プロセスを含むことができる。アルカリ金属は、水素（Ｈ）を除く第１族元素を含み、ここで、Ｈは、名目上第１族元素であるが、アルカリ金属の挙動と同程度の挙動を示すことは稀であるため、通常はアルカリ金属とは見なされず、したがって、本明細書におけるＨはアルカリ金属とは見なされない。

上記のように、スラリーは、化学式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂを有するオキシ化合物の可溶性イオンを含むことができ、式中、Ｄは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｙ及びＮｉなどの遷移金属を指し、Ｏは酸素を指し、Ｘは、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、硫化物又は酸化物などのアニオンを指す。このような化合物の可溶性イオンは、Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋（式中、Ｄは遷移金属カチオンを指し、Ｏは酸素原子を指し、Ｈは水素を指す）などの本質的に多原子であり得るため、Ｃｕ^＋、Ｆｅ^２＋、Ｙ^３＋などの単一原子遷移金属カチオンとは明確に異なる。「ａ」、「ｄ」及び「ｂ」という用語は正の量を指し、ｅ＋は可溶性カチオンの電荷を指す。水溶性カチオンの例としては、ＺｒＯ^＋、ＺｒＯ^＋＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、ＴｉＯ^＋、ＴｉＯ^＋＋が挙げられる。Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋カチオンを別々に添加することもできる。オキシ化合物の濃度は、０．１ｇ／リットル～１００ｇ／リットルの範囲であり得る。オキシ化合物の溶解度は、１０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）～１００％の範囲であり得る。

本明細書で使用される「パー系酸化剤」は、その最高酸化状態の元素を含む。いくつかのパー化合物酸化剤は、過マンガン酸塩（ＭｎＯ_４ ^－）などの遷移金属化合物、及び過塩素酸塩（ＣｌＯ_４ ^－）などのいくつかの非遷移元素を含む。

パー化合物の種類の典型的な例としては、過マンガン酸塩、過酸化物、過塩素酸塩、及び過硫酸塩化合物が挙げられる。１つの特定のパー化合物の種類は、過マンガン酸塩のアルカリ金属（例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム若しくはバリウム）、又は過マンガン酸塩である１つの成分とのパー化合物の混合物である。場合により、過マンガン酸水素を使用することもできる。

特定のパー系酸化剤の例としては、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）、過マンガン酸ナトリウム（ＮａＭｎＯ_４）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ_４）、過ヨウ素酸カリウム（ＫＩＯ_４）、過臭素酸カリウム（ＫＢｒＯ_４）、過酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ_２）、ペルオキソホウ酸カリウム（ＫＢＯ_３）、ペルオキソクロム酸カリウム（Ｋ_３ＣｒＯ_８）、ペルオキソ二炭酸カリウム（Ｋ_２Ｃ_２Ｏ_６）、ペルオキソ二硫酸カリウム（Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８）、過レニウム酸カリウム（ＫＲｅＯ_４）、ペルオキシ一硫酸カリウム（ＫＨＳＯ_５）、オルト過ヨウ素酸カリウム（Ｋ_５ＩＯ_６・２Ｈ_２Ｏ）及びペルオキソ一硫酸カリウム（又はペルオキシモノサルフェート）（Ｋ_２ＳＯ_５）が挙げられる。これらの過マンガン酸塩中のマンガンの酸化状態は＋７であり、マンガンの最高酸化状態である。同様に、塩素酸塩中の塩素の酸化状態は＋７であり、その最高酸化状態である。遷移金属又はパー系酸化剤の酸化状態は、少なくとも＋３以上であり得る。＋３以上の酸化状態の遷移金属としては、例えば、Ｖ^{３＋，４＋，５＋}、Ｔｉ^{３＋，４＋}、Ｃｒ^{３＋，６＋}、Ｍｎ^{＋３＋，４＋，７＋}、Ｆｅ^３＋、Ｎｉ^３＋、Ｃｏ^３＋、Ｍｏ^３＋，^{４＋，５＋，６＋}、Ｒｕ^{３＋，４＋}、Ｐｄ^４＋、Ｔａ^４＋^，５＋、Ｗ^６＋、Ｒｅ^{４＋，６＋，７＋}、Ａｕ^３＋、及びＺｒ^４＋が挙げられる。パー化合物酸化剤の混合物も使用することができる。パー化合物酸化剤の濃度は、特定の実施形態では、０．０１Ｍ～１０Ｍ、又は使用される高いＣＭＰ温度（例えば、７０℃）でのパー系化合物の最大溶解度まで変動し得るが、典型的には０．０１Ｍ～０．５Ｍ、例えば０．１Ｍ～０．５Ｍである。

例えば、ナトリウム又はカリウムカチオンは、イオン交換プロセス、電気透析、又は逆浸透プロセスを使用して水素イオンで置き換えることができる。ＣＡＲ≦０．９９を達成する別の方式は、過マンガン酸水素ＨＭｎＯ_４をアルカリ金属系過マンガン酸塩溶液に添加することである。過マンガン酸塩系酸化剤溶液中のカチオンを水素イオンで置換することにより、過マンガン酸塩系酸化剤溶液のｐＨが少なくとも１．０ｐＨ単位低下する。例えば、過マンガン酸塩系酸化剤溶液のｐＨは、９．０から１．０に８単位低下させることができる。アルカリ金属過マンガン酸塩溶液のｐＨ範囲は、０．１～１２．０の範囲であるが、より典型的には、０．５～７．０、例えば１．０～５．０、又は１．１～４．０の範囲である。場合により、スラリーは、過酸化物又は過硫酸塩などの第２の酸化剤を含有してもよい。スラリーの動作ｐＨは、一般に０．５～１３．０である。スラリーの典型的なｐＨ範囲は、０．８～５．０であり得る。

場合により、様々な界面活性剤を本発明のスラリーに添加することもできる。本明細書で使用される場合、「界面活性剤」という用語は、２つの液体間又は液体と固体との間の表面張力（又は界面張力）を低下させる有機化合物、典型的には疎水性基（例えば、炭化水素（例えば、アルキル）「尾部」）及び親水性基を含む有機両親媒性化合物を指す。界面活性剤は、カチオン性、アニオン性、双性イオン性又は非イオン性のいずれかであり得る。界面活性剤は、単独で又は混合して使用することができる。本発明で使用することができる界面活性剤のリストは、Ｍ Ｊ．Ｒｏｓｅｎによる書籍、Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９８９（以下、Ｒｏｓｅｎ）３～３２頁、５２～５４頁、７０～８０頁、１２２～１３２頁及び３９８～４０１頁に提供されている。さらなる例としては、限定されないが、両性塩、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、双性イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、及びそれらの組み合わせ、例えば、限定されないが、デシルホスホン酸、ドデシルホスホン酸（ＤＤＰＡ）、テトラデシルホスホン酸、ヘキサデシルホスホン酸、ビス（２－エチルヘキシル）ホスフェート、オクタデシルホスホン酸、ペルフルオロヘプタン酸、プレフルオロデカン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ホスホノ酢酸、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＤＢＳＡ）、他のＲ^１ベンゼンスルホン酸又はその塩（式中、Ｒ^１は直鎖又は分岐Ｃ_８～Ｃ_１８アルキル基である）、ドデセニルコハク酸、ジオクタデシル水素ホスフェート、オクタデシル二水素ホスフェート、ドデシルアミン、ドデセニルコハク酸モノジエタノールアミド、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ジュニペリン酸、１２－ヒドロキシステアリン酸、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）、ドデシルホスフェートが挙げられる。企図される非イオン性界面活性剤としては、限定されないが、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ドデセニルコハク酸モノジエタノールアミド、エチレンジアミンテトラキス（エトキシレート－ブロック－プロポキシレート）テトロール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン又はポリプロピレングリコールエーテル、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドに基づくブロック共重合体、ポリオキシプロピレンスクロースエーテル、ｔ－オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、１０－エトキシ－９，９－ジメチルデカン－１－アミン、ポリオキシエチレン（９）ノニルフェニルエーテル、分岐、ポリオキシエチレン（４０）ノニルフェニルエーテル、分岐、ジノニルフェニルポリオキシエチレン、ノニルフェノールアルコキシレート、ポリオキシエチレンソルビトールヘキサオレエート、ポリオキシエチレンソルビトールテトラオレエート、ポリエチレングリコールソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノオレエート、アルコールアルコキシレート、アルキル－ポリグルコシド、ペルフルオロ酪酸エチル、１，１，３，３，５，５－ヘキサメチル－１，５－ビス［２－（５－ノルボルネン－２－イル）エチル］トリシロキサン、モノマー性オクタデシルシラン誘導体、シロキサン修飾ポリシラザン、シリコーン－ポリエーテル共重合体、及びエトキシル化フルオロ界面活性剤が挙げられる。企図されるカチオン性界面活性剤としては、限定されないが、セチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）、ヘプタデカンフルオロオクタンスルホン酸、テトラエチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、４－（４－ジエチルアミノフェニルアゾ）－１－（４－ニトロベンジル）ピリジウムブロミド、セチルピリジニウムクロライド一水和物、ベンザルコニウムクロライド、ベンゼトニウムクロライド、ベンジルジメチルドデシルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムｐ－トルエンスルホネート、ジドデシルジメチルアンモニウムブロミド、ジ（水素化獣脂）ジメチルアンモニウムクロライド、テトラヘプチルアンモニウムブロミド、テトラキス（デシル）アンモニウムブロミド、及びオキシフェノニウムブロミド、グアニジンヒドロクロライド（Ｃ（ＮＨ_２）_３Ｃｌ）又はトリフラート塩、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸テトラブチルアンモニウム、ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロライド、ジメチルジヘキサデシルアンモニウムブロミド、ジ（水素化獣脂）ジメチルアンモニウムクロライド、及びポリオキシエチレン（１６）獣脂エチルモニウムエトサルフェートが挙げられる。企図されるアニオン性界面活性剤としては、限定されないが、ポリ（アクリル酸ナトリウム塩）、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテルナトリウム、ジヘキシルスルホコハク酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸塩、２－スルホコハク酸塩、２，３－ジメルカプト－１－プロパンスルホン酸塩、ジシクロヘキシルスルホコハク酸ナトリウム塩、７－エチル－２－メチル－４－ウンデシル硫酸ナトリウム、リン酸フルオロ界面活性剤、フルオロ界面活性剤、及びポリアクリレートが挙げられる。双性イオン性界面活性剤としては、限定されないが、アセチレンジオール又は修飾アセチレンジオール、エチレンオキシドアルキルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルドデシルアミンＮ－オキシド、ナトリウムコカミンプロピネート、３－（Ｎ，Ｎ－ジメチルミリスチルアンモニオ）プロパンスルホネート及び（３－（４－ヘプチル）フェニル－３－ヒドロキシプロピル）ジメチルアンモニオプロパンスルホネートが挙げられる。

非イオン性界面活性剤の例としては、（ｔ－オクチルフェノキシポリ－エトキシエタノール、ポリエチレングリコールｔｅｒｔ－オクチルフェニルエーテル、ＣＡＳ Ｎｏ．９００２－９３－１）、アルキルスルホン酸ナトリウム（ＳＡＳ）、及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、臭化アンモニウムが挙げられ、アニオン性界面活性剤としては、炭素含有硫酸塩及びスルホン酸塩が挙げられる。特定の実施形態では、（ｉ）界面活性剤の濃度は、その臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）の０．００１倍～１００倍まで変動し得、（ｉｉ）界面活性剤中の炭素原子の数は、６から２０の範囲であり得、（ｉｉｉ）界面活性剤は、フッ素含有界面活性剤、又は少なくとも８個の炭素原子を含有する界面活性剤であり得、及び／又は（ｉｖ）界面活性剤は、０．１ｇｍ／リットル～１０ｇｍ／リットルの濃度であり得る。

界面活性剤の使用は、研磨プロセス中の摩擦を減少させることができる。界面活性剤の別の機能は、オキシ化合物と混合した場合に、オキシ化合物を不溶性の含水酸化物化合物に分解することである。スラリーは、界面活性剤の他に、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、ＰＡＡ（ポリアクリル酸）、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）などの高分子化合物を含有することができる。これらの高分子化合物の濃度は、１ｐｐｍ～１００，０００パーツパーミリオンの範囲であり得る。これらの高分子化合物はまた、一般に、基板の研磨中の摩擦を減少させる。

場合により、スラリーは、研磨粒子を含有することができる。特定の実施形態では、これらの研磨粒子は、少なくとも３又は少なくとも５のモース硬度を有する。しかしながら、添加されたスラリー粒子は、開示されたスラリー中に存在することが必須ではないことが分かった。なぜなら、スラリーは、驚くべきことに、添加されたスラリー粒子を含まない硬質基板材料上でさえ合理的な除去速度を提供するように機能するからである。研磨粒子は、ダイヤモンド、金属酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物、オキシ水酸化物、又はこれらの化合物の混合物を含むことができる。金属としては、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、及びチタン、銅、マンガン、ジルコニウム、ハフニウムなどの遷移金属が挙げられる。粒子の例としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化マンガン、酸化亜鉛、イットリア及びそれらの混合物が挙げられる。粒子の他の例としては、アルミニウム、ジルコニウム、コバルト、ニッケル、シリカ、マンガンなどの遷移金属の水酸化物、オキシ水酸化物が挙げられる。さらなる研磨粒子の例としては、ＡｌＯＯＨ、Ｚｒ（ＯＨ）_４、ＺｒＯ（ＯＨ）、及びＮｉＯＯＨなどの水素含有金属酸化物も挙げられる。これらの化合物は、非晶質又は結晶性であり得る。一態様は、マンガン系酸化物又は水素含有金属酸化物研磨剤の薄層（典型的には０．１ｎｍ～１μｍの厚さ）で被覆された研磨粒子である。別の開示された態様では、スラリーは、第１の組成物とは異なる第２の組成物を含むコア粒子にコーティングを提供する外側の第１の組成物を含む被覆された粒子を含み得る。

特定の実施形態では、研磨剤の平均粒径は、２ｎｍから１０ミクロンまで変動し得る。平均サイズは、１０ｎｍ～５００ｎｍ、又は２０ｎｍ～３００ｎｍであり得る。粒子の表面積は、１０ｍ^２／ｇｍから２００ｍ^２／ｇｍまで変動し得る。粒子の多孔度は、０％から９０％まで変動し得る。多孔性のために、研磨粒子の密度は、粒子の理論密度よりも最大９０％パーセント低くなり得る。粒子の理論密度は、粒子の多孔性がないと仮定して求められる。例えば、ジルコニア粒子の理論密度が５．５ｇｍ／ｃｍ^３である場合、多孔質ジルコニア粒子の密度は、５．５ｇ／ｃｍ^３未満、例えば５．０ｇ／ｃｍ^３未満、又は４．５ｇ／ｃｍ^３未満でなければならない。同様に、シリカ粒子の理論密度が２．６０ｇｍ／ｃｍ^３である場合、多孔質シリカ粒子の密度は、一般に２．３４ｇｍ／ｃｍ^２未満、例えば２．０６ｇｍ／ｃｍ^３未満である。同様に、アルミナ粒子の理論密度が約３．９５ｇｍ／ｃｍ^３である場合、多孔質アルミナ粒子の密度は３．５５ｇｍ／ｃｍ^３未満、例えば３．１５ｇｍ／ｃｍ^３未満である。粒子の形状は、ほぼ球形であるなど、ファセットであるように変化し得る。

スラリー中の粒子の等電点（ＩＥＰ）のｐＨは、典型的には７未満、例えば５、又は４未満である。ジルコニア、セリア、アルミナ、チタニアなどの研磨粒子は、典型的にはＩＥＰ＞５．０を有する。しかし、これらの研磨粒子を酸化マンガンの薄層で被覆するか、又は長期間（２日間超）過マンガン酸塩溶液に浸漬すると、ＩＥＰ値は元のＩＥＰ値から少なくとも２．０低下する。したがって、アルミナ粒子のＩＥＰの元の値が９．０であった場合、この値は、例えば５以下のＩＥＰ値に、少なくとも１～８以下低下させることができる。これは、アルミナ粒子を酸化マンガン表面で被覆するか、又はアルミナ粒子を過マンガン酸塩に少なくとも６時間浸漬することによって達成することができる。シリカコーティングなどの他の酸化物コーティングは、ＩＥＰ値を５．０未満に低下させることができる。粒子の濃度は、０．１重量パーセント～４０重量パーセント、例えば０．１重量パーセント～２０重量パーセント、又は０．１重量パーセント～１０重量パーセントの範囲であり得る。

特定の実施形態では、基板は、研磨粒子の存在なしで、又は約０．００１重量％～約３重量％、又は約０．１重量％～約１．５重量％の範囲でこのような粒子の量を減らして適切に研磨されてもよい。特定の実施形態では、研磨粒子を含まないスラリーは、過マンガン酸塩酸化剤と共に利用され、過マンガン酸塩酸化剤は、研磨パッドの表面にマンガン系副生成物を形成することが観察される。有利には、約３０～８０のショアＤを有する硬質及び軟質ポリウレタンパッドを利用することができる。さらに、特定の実施形態では、シリカ膜よりも高い選択性で硬質非晶質炭素材料を除去することが分かった。

研磨用研磨粒子は、シリカ、チタニア、ジルコニア又はアルミナ粒子から選択することができる。シリカ粒子の平均サイズは、一般に２０ｎｍ～２００ｎｍの範囲である。シリカ粒子は、スラリー中の過マンガン酸イオンの触媒反応によって形成された酸化マンガンコーティングの薄層で被覆されてもよい。被覆されたシリカ粒子のＩＥＰは、一般に、３．０以下である。チタニア粒子は、一般に、５００ｎｍ以下、例えば２００ｎｍ以下又は１２０ｎｍ以下の平均サイズを有する。チタニア粒子の表面は、シリカ、アルミナ、酸化マンガン、又はシリカ、アルミナ若しくはマンガンの水和酸化物、又はその混合物の１つ以上の層でコーティングすることができる。コーティングの性質に応じて、チタニア粒子のＩＥＰは２．０から９．０まで変動し得る。研磨酸化物粒子がジルコニア又はアルミナを含み、シリカ又は酸化マンガン表面で被覆されている場合、ＩＥＰ値は０．５～４．０であり得る。コーティングの厚さは、０．４ｎｍから１ミクロンまで変動し得る。コーティングはまた、金属酸化物であってもよく、又は水素を含有する酸化物であってもよい。チタニア粒子は、非晶質であってもよく、又は結晶性であってもよく、ルチル若しくはアナターゼを含んでもよく、又は混合相を含んでもよい。

ジルコニア粒子は、２０ｎｍ～４００ｎｍの平均サイズ範囲を有し、非晶質、正方晶又は単斜晶相を有することができる。粒子の多孔度は、０．０％～８０％の範囲であり得る。粒子の表面積は、５ｍ^２／ｇｍ以上、例えば１００ｍ^２／ｇｍ又は２００ｍ^２／ｇｍであり得る。これらの粒子は、過マンガン酸塩溶液をｐＨ７以下で分解することによって形成された酸化マンガンの薄層で被覆することができ、これは一般に時間と共に自然に生じることが分かっている。過マンガン酸塩の分解により、被覆された粒子のＩＥＰ値は、４．０未満又は３．０未満など、５．０未満になり得る。特定の例では、ジルコニア粒子は、１０パーセントを超える多孔度及び５．０ｇｍ／ｃｍ^３未満の密度を有する単斜晶又は非晶質構造を有する。ジルコニア粒子の表面積は、１０ｍ^２／ｇｍ以上、例えば２０ｍ^２／ｇｍ又は３０ｍ^２／ｇｍ以上、例えば１００ｍ^２／ｇｍ又は２００ｍ^２／ｇｍである。

アルミナ粒子は、一般に、任意の相（アルファ、ベータ、ガンマ、若しくはデルタ）又はその混合物であり得る。研磨剤の平均粒径は、１０ｎｍから１ミクロンまで変動し得る。アルミナ粒子は、ＡｌＯＯＨ、Ｚｒ（ＯＨ）_４、ＺｒＯ（ＯＨ）、ＭｎＯＯＨ又は酸化マンガンなどの水素含有酸化物材料の薄層（典型的には０．４ｎｍを超える厚さ）で被覆することができる。コーティングにより、酸化アルミニウム粒子のＩＥＰは、６．０未満、５．０未満若しくは４．０未満に、又は０．５～４．０に低下させることができる。ＩＥＰの変化は、粒子コーティングプロセスに起因した粒子表面の変化の指標である。

場合により、スラリーはまた、ＤＯ_ａＨ_ｂの化学物質を有する不溶性、部分的又は完全に可溶性の水和金属酸化物を含んでもよく、式中、Ｄは遷移金属を指し、Ｏ及びＨはそれぞれ酸素及び水素を指す。水和酸化物の例としては、ＮｉＯＯＨ、ＡｌＯＯＨ、及びＺｒ（ＯＨ）_４、及びＺｒＯ（ＯＨ）が挙げられる。これらの水和酸化物化合物の濃度は、０．１ｇｍ／リットル～１００ｇｍ／リットルの範囲であり得る。

本発明のスラリー組成物は、Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋の形態の可溶性イオンを含有する。これらのカチオンは、Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋（式中、Ｄは遷移金属カチオンを指し、Ｏは酸素原子を指し、Ｈは水素を指す）などの本質的に多原子であり得るため、Ｃｕ^＋、Ｆｅ^２＋、Ｙ^３＋などの単一原子遷移金属カチオンとは明確に異なる。「ａ」、「ｄ」及び「ｂ」という用語は正の量を指し、ｅ＋は可溶性カチオンの電荷を指す。可溶性カチオンの例としては、ＺｒＯ^＋、ＺｒＯ^＋＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、及びＴｉＯ^＋が挙げられる。これらのカチオンの濃度は、０．０１ｇｍ／リットル～２０グラム／リットルの範囲であり得る。この開示された態様におけるスラリーのｐＨは、７．０未満、例えば５．０未満、例えば０．５～４．０であり得る。さらに、Ｃ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートと呼ばれ得るＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカン酸［例えば、［ＺｒＯ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ－１Ｏ_２）_２ ］、式中、ｎは２から１０の整数である］で形成されたジルコニウムイオンは、研磨中の温度上昇及び研磨速度を制御するために利用することができる。そのようなＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートの例としては、オキシ－アセテート、オキシ－プロピオネート、及びオキシ－オキサレートが挙げられる。したがって、例としては、オキシ酢酸ジルコニウム［ＺｒＯ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ－１Ｏ_２）_２］（式中、ｎ＝２である）、オキシプロピオン酸ジルコニウム［ＺｒＯ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ－１Ｏ_２）_２］（式中、ｎ＝３である）などが挙げられる。

一実施形態では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、開示されたスラリーで研磨することができる。ＳｉＣは、単結晶（４Ｈ、６Ｈ、立方体）を含むか、又は本質的に多結晶若しくは非晶質であり得る。単結晶ＳｉＣ表面の研磨中、ＳｉＣ単結晶表面は「Ｓｉ」面又は「Ｃ」面に露出し得る。多結晶材料の粒径は、１０ｎｍから２００μｍｓまで変動し得る。開示されたスラリーによって研磨することができる他の材料としては、グラファイト、ＧａＮ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、他の窒化物（例えば、ＡｌＧａＮ）及びそれらの混合物が挙げられる。開示されたスラリーで同様に研磨することができる他の材料としては、グラフェンなどの炭素含有材料及びカーボンナノチューブが挙げられる。

別の実施形態では、本発明のスラリーを利用して非晶質炭素を研磨することができる。これに関して、そのようなスラリーの特定の実施形態は、
ａ）水、
ｂ）パー系酸化剤、並びに
ｃ）ＺｒＯ^＋、ＺｒＯ^＋＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、ＴｉＯ^＋、及びＴｉＯ^＋＋から選択される溶液中でカチオンを形成する少なくとも１つの化合物
を含み、
ここで、ｐＨは約１～約５である。

特定の実施形態では、パー系酸化剤は、過マンガン酸カリウム及び過マンガン酸ナトリウムから選択される。そのようなパー系酸化剤は、一実施形態では、一般に、約０．０１重量パーセント～約１０重量パーセントの範囲で存在する。別の実施形態では、それらは、約０．５～約５重量パーセント、又は約１重量パーセントの範囲で存在する。上記のように、上記ｃに列挙のカチオンは、化学式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂ（式中、Ｄは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｙ及びＮｉなどの遷移金属を指し、Ｏは酸素を指し、Ｘは、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、硫化物及び酸化物などのアニオンを指す）を有するオキシ化合物などの化合物を利用することによって水性液体系担体中でｉｎ ｓｉｔｕで形成されることが理解されよう。

特定の実施形態では、上記成分ｃの化合物は、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ニッケル、オキシ塩化ニッケル、オキシ硝酸ハフニウム、オキシ塩化ハフニウムから選択される。一実施形態では、上記成分ｃの化合物は、オキシ硝酸ジルコニウム又はオキシ塩化ジルコニウム、オキシ硫酸ジルコニウム、及びオキシ酢酸ジルコニウムである。

一実施形態において、ｐＨは、約１．５～約２．５、又は約２である。

本発明のスラリーを使用した研磨中、ウエハ表面の硬質材料は、一般に高分子、金属又はセラミック材料を含む研磨パッドによって擦られ、硬質材料は研磨パッドに対して相対速度を有する。この相対速度は、０．０１ｍ／秒から１００ｍ／秒まで変動することができ、典型的な速度範囲は０．２ｍ／秒～４ｍ／秒である。ＣＭＰ中の圧力は、１ｐｓｉ～１５ｐｓｉなど、０．２ｐｓｉ～２０ｐｓｉの範囲であり得る。

高分子パッドの例としては、ポリウレタン系パッド、及び一般にすべてが１００未満、例えば７０未満、又は１０～６０のショアＤ硬度を有する他の高分子材料が挙げられる。研磨パッドの密度は、０．４ｇｍ／ｃｍ^３から１．０ｇｍ／ｃｍ^３まで変動し得る。

図１は、開示されたスラリー及び方法と共に使用することができる例示的なＣＭＰ装置１００の簡略図であり、装置は、ウエハ１１０の表面に第１の化学組成物を送達することと、第１の化学組成物とは異なる第２の化学組成物を送達することとを実施するプロセスコントローラ１４０を含む。装置１００は、ウエハ１１０を保持する研磨ヘッド１０５と、スラリーを使用してウエハ１１０の表面を研磨するように動作可能な圧盤１１５上の研磨パッド１２０とを含む。プロセスコントローラ（例えば、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ）１４０は、第１及び第２の制御弁１２６、１３１に通信可能に結合されている。

少なくとも一つの制御弁１２６を含む第１の入口１２５は、第１の組成物成分を送達するためのものであり、少なくとも第２の制御弁１３１を含む第２の入口１３０は、第２の組成物成分を送達するためのものである。スラリーは、過酸化物又は過硫酸塩などの第２のパー酸化剤を含有してもよい。スラリーの動作ｐＨは、一般に０．５～１３．０である。スラリーの典型的なｐＨ範囲は、一般に０．８～５．０である。２つの組成物成分は、ＰＯＵ（使用時点）タンク内で混合することができ、１４日間未満、例えば５日間未満、又は２４時間未満保持することができる。ＣＭＰ装置１００は２つの入口を有するように示されているが、一般に、すべてのスラリー成分を単一の入口を通して導入することも可能である。

上述のスラリーで研磨するための本明細書で認識される課題の１つは、すべての成分が長期間にわたって一緒に混合された場合の過マンガン酸塩系酸化剤の化学的分解である。過マンガン酸塩系酸化剤の分解時間は、数分から数日に及ぶ可能性がある。したがって、開示されたスラリーを使用して最適に研磨するために、一緒になったときに過マンガン酸塩系酸化剤の分解をもたらし得る成分を別々に貯蔵し、次いで研磨プロセスにスラリーを使用する直前に混合することができる。

そのような成分混合動作の概略図を図２に示す。スラリーは、少なくとも２つの成分に分解される。成分１として示される第１の成分は、過マンガン酸塩系酸化剤を含むことができ、場合により、５以上のモース硬度を有する研磨粒子を含むこともできる。第１の成分のｐＨは、１．０～１３．０の範囲である。成分２として示される第２の成分は、（ｉ）水性担体並びに酸素及びアニオン遷移金属化合物、又は（ｉｉ）遷移金属及び酸素又は水素を含む多原子カチオンの前駆体、又は（ｉｉｉ）オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物を含有することができる。

酸素含有遷移金属化合物及び水は、酸素含有遷移金属化合物と共に、一般に、式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂを有する遷移金属を含有するオキシ化合物を、場合により（ｂ）界面活性剤又は（ｃ）式Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋を有する多原子カチオンの前駆体と一緒に含む。オキシ化合物、界面活性剤及び多原子カチオンの前駆体の濃度は、０．１ｇｍ／リットル～１００ｇｍ／リットルの範囲であり得る。これらの第１及び第２の成分は、ＣＭＰ装置に供給される前に３０日間を超えない期間混合することができる。ＣＭＰ用スラリーを使用する前の混合の期間は、７日間未満、１日未満、１２時間未満、又は６時間未満など、１４日間未満であり得る。

開示された実施形態は、以下の具体的な実施例によってさらに説明されるが、開示された実施形態の範囲又は内容を決して限定するものと解釈されるべきではない。

実施例１
ＳｉＣ単結晶ｎドープウエハを、Ｂｕｅｈｌｅｒ ＣＭＰ機を使用して４ｐｓｉの圧力及び１６０ｒｐｍで研磨した。ウエハのケイ素面を研磨した。スラリーは、異なる濃度の過マンガン酸塩酸化剤及び化学式Ｄ_ａＯ_ｄＸ_ｂを有するオキシ化合物（遷移金属、酸素及びアニオンを含有する）を含有し、式中、ＤはＺｒ又はＨｆなどの遷移金属を指し、Ｘは硝酸塩又は塩化物アニオンを指す。ハフニウム、チタン、マンガン、銅、ニッケル、ビスマス、鉄、マンガンなどの他の遷移金属で、「Ｄ」を置換することができる。「Ｘ」の代わりに、硫酸塩、酸化物、水酸化物などの他のアニオンで置換することもできる。その他のオキシ化合物としては、ＦｅＯＯＨ、ＣｏＯＯＨ、ＭｎＯＯＨ、ＭｎＯ（ＯＨ）_２、Ｆｅ_２Ｏ（ＳＯ_４）_２、Ｃｕ_２Ｃｌ（ＯＨ）_３、及びＢｉＣｌＯが挙げられる。酸素及びアニオン並びに遷移金属を含有するオキシニトレート又はオキシクロライドの溶液への溶解は、Ｄ_ａＯ_ｄＨ_ｂ ^ｅ＋イオンの形成をもたらすことができ、遷移金属がジルコニウムである場合、ＺｒＯ^２＋、ＺｒＯ（ＯＨ）^＋が溶解中に形成される。同様に、オキシ硫酸チタンの溶解は、ＴｉＯ^２＋イオンの形成をもたらす。酸素及び水素含有多原子カチオンの他の例としては、ＮｉＯ^＋、ＣｕＯ^＋、及びＨｆＯ（ＯＨ）^＋が挙げられる。

オキシ塩化ジルコニウム又はオキシ硝酸ジルコニウムのいずれかの濃度は、０．０１ｇｍ／リットルから１００ｇｍ／リットルまで変動させた。研磨プロセス中に、パッド上の除去速度及び温度上昇並びにウエハの表面粗さを測定した。研磨パッド上の温度は、赤外線温度計により測定した。過マンガン酸塩の濃度は、０．０１Ｍから１．０Ｍまで変動させた。スラリー溶液のｐＨは、硝酸及び／又はアルカリを添加することによって調整することができる。ｐＨは、０．５から５．０まで、例えば１．５から４．０まで変動させることができる。スラリーの流量は３０ｍｌ／分とした。実施した実験では、圧力を０．５ｐｓｉから１０ｐｓｉまで変動させ、ｒｐｍを２０ｒｐｍから６００ｒｐｍまで変動させた。研磨パッド上の温度上昇は、赤外線温度計により測定した。これらの実験では、過マンガン酸カリウム酸化剤のＣＡＲ値を１．０に選択した。

測定されたメトリクスには、（ｉ）除去速度、（ｉｉ）温度上昇、（ｉｉｉ）表面粗さ、及び（ｉｖ）表面の傷が含まれ、これらをすべて監視した。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して、５ミクロン×５ミクロンの領域にわたって表面粗さを測定した。除去速度と温度上昇との比はＲＲＴＲと定義され、最低限の温度上昇で高速で研磨するスラリーの能力に関するパラメータを提供する。ＲＲＴＲ値が高いほど、一定の温度上昇で高い除去速度に達するスラリーの能力が高くなる。表１は、これらのパラメータをすべて表示している。

また、ＲＲＴＲ（（ｎｍ／時）／Ｋ）＝除去速度（ｎｍ／時）／温度上昇（Ｋ）を以下の表１に示す。表には、単位除去速度当たりの仕上げ品質（ＦＱＰＵＲＲと略す）と呼ばれる別のパラメータも含まれる。この量は、除去速度に対して正規化された表面仕上げの値を提供する。ＦＱＰＵＲＲの値が低いほど、スラリーは最適な表面粗さに迅速に到達することができる。過マンガン酸塩の濃度を低くすることにより除去速度は低くなるので、表面仕上げの向上（平滑化）が期待される。表１には、得られたＦＱＰＵＲＲ値も表示されている。

表１は、遷移金属系オキシ化合物（又は遷移金属及び酸素及び／若しくは水素を含む多原子カチオン）の添加が、そのような化合物を含まない溶液と比較して除去速度及びＲＲＴＲ値の両方を増加させることを証明している。この挙動は、すべての濃度の過マンガン酸塩溶液及び遷移金属系オキシ化合物について観察される。遷移金属オキシ化合物を添加した場合、５０％～１００％超の除去速度の増加が、ＲＲＴＲ及び除去速度値において観察される。ＦＱＰＵＲＲ値はまた、より低いことが分かっており、これはまた、オキシ化合物（酸素及びアニオンを含有する遷移金属化合物）の場合により望ましい。過マンガン酸塩及び遷移金属オキシ化合物（酸素及びアニオンを含有する）を含有するスラリー溶液に、過硫酸カリウム、硝酸アンモニウムセリウム、過酸化水素などの第２の又はそれ以上の酸化剤を添加した場合、オキシ化合物を含まない溶液と比較して、同様の５０％～１００％のＲＲＴＲ値の増強が得られる。このような混合酸化剤溶液のｐＨは、０．５から５．０まで変動させることができ、すべての混合酸化剤の濃度は、典型的には０．０１Ｍから１Ｍまで変動させることができ、混合オキシ化合物の濃度は、０．０１ｇ／リットルから１００ｇ／リットルの範囲とすることができる。

さらに、単一原子カチオン（例えば、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ａｌ^３＋、Ｎ^ｉ２＋、Ｚｒ^４＋）の添加により、除去速度又はＲＲＴＲ値の増加はないことが観察された。また、アルミニウム（例えば、ＡｌＣｌ_３、ＡｌＮ）、硝酸塩、塩化物及び他のアニオンの化合物の添加により、ＲＲＴＲ又は除去速度値の増加がないことも分かった。これを以下の表２に示す。この実験セットでは、過マンガン酸塩の濃度を０．３３Ｍに維持し、スラリーのｐＨを２．０に維持した。ＣＭＰ機械条件は、表１で使用したのと同様の条件であった。表２中、ＳＡＳはアニオン性界面活性剤であるアルキルスルホン酸ナトリウムを示す。一般に、イオン交換プロセスを用いてＳＡＳのナトリウムをカリウムで置き換えることが望ましい。

上記の表２は、遷移金属のオキシ化合物のみが除去速度の増加及びより良好なＲＲＴＲを示すことを示している。表２に記載のすべての添加剤は、水に完全に可溶性ではないことが分かった。過マンガン酸カリウムは、他のアルカリ過マンガン酸塩、例えば過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸セシウム、過マンガン酸水素、過マンガン酸バリウム、又は他のアルカリ金属過マンガン酸塩で置き換えることができる。除去速度及びＲＲＴＲ値の増加は、他のオキシ添加剤、例えばオキシニトレート、オキシサルフェート、オキシクロライド、オキシスルフィド、遷移金属のオキシ水酸化物、例えば亜鉛、チタン、ジルコニウム、イットリウム、スカンジウム、マンガン、バナジウム、鉄、ニッケル、銅、ニオブ、ルテニウム、銀によって得ることができる。化合物の濃度は、０．０１ｇｍ／リットルから１００ｇｍ／リットルまで変動させることができる。

実施例２
表１の実験は、１．０のＣＡＲ値で行った。ＣＡＲ値が１．０から０．９９未満に低下した場合、より高い除去速度値が得られた。イオン交換プロセスを用いることにより、ＫＭｎＯ_４中のカリウムイオンが水素に置き換えられ、ｐＨが低下した。イオン交換実験を行うことにより、過マンガン酸塩溶液のｐＨを９．０超から１～２に低下させた。このｐＨの低下は、ＣＡＲ値を０．２０ほどの低さに低下させる。すべての金属カチオンが水素で置き換えられ、過マンガン酸カリウムのＣＡＲ値は０．０であることに留意されたい。同様に、本明細書におけるＣＡＲの定義に基づいて、過酸化水素のＣＡＲ値は０．０である。表３は、異なるＣＡＲ値に対する除去速度及びＲＲＴＲ値を示す。この実行では、過マンガン酸塩濃度を０．１Ｍから１．０Ｍまで変動させ、ｐＨを１．０から４．０まで変動させた。その他の研磨条件は実施例１と同じとした。異なる過マンガン酸塩濃度に対するＣＡＲ値の減少と共に、除去速度及びＲＲＴＲ値の増加が観察された。

実施例３
この実施例は、界面活性剤の添加に関する。過マンガン酸塩並びに酸素及びアニオンを含有するオキシ化合物の遷移金属化合物のスラリー溶液に界面活性剤を添加することにより、除去速度及びＲＲＴＲ値を増加させることができる。オキシ硝酸ジルコニウム溶液と、ＳＡＳ（アルキルスルホン酸ナトリウム）などのアニオン性界面活性剤及び水とを、溶液のｐＨが０．５～３．０になるように混合してスラリー溶液を調製した。アニオン性界面活性剤の量は、０．０１ｇｍ／リットルから２５ｇｍ／リットルまで変動させた。界面活性剤を添加した後、無色の溶液がわずかに乳白色の溶液に変わることが観察された。これは、オキシ硝酸ジルコニウムが、（ｉ）非晶質含水酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ｎＨ_２Ｏ、（ｉｉ）非晶質水酸化ジルコニウム、又は（ｉｉｉ）オキシ水酸化ジルコニウムを含む化合物のうちの１つに部分的に変換されるためである。この加水分解反応は、オキシ硝酸ジルコニウム溶液（界面活性剤を添加せず）をより高い温度（例えば、５０℃～１１０℃）に加熱することによっても起こり得る。

典型的には、非晶質酸化ジルコニウムは、多孔質構造（多孔度５％～８０％）、棒状の形状、１０ｎｍ～５０００ｎｍの範囲の粒径、及び４～８のＩＥＰ値を有する。高い多孔度のために、粒子の表面積は、２０ｍ^２／ｇｍ～２００ｍ^２／ｇｍを超え得る。粒子の密度は、それらの高い多孔度のために、１．０から５．５ｇｍ／ｃｍ^３まで変動した。より一般的には、研磨酸化物粒子の場合、研磨酸化物粒子の密度はそれらの理論密度の１０％～９０％であり得る。

次いで、溶液中の非晶質水和粒子を０．３ＭのＫＭｎＯ_４溶液に添加し、ＳｉＣ基板を研磨するために使用した。場合により、水酸化ジルコニウム又はオキシ水酸化ジルコニウムをスラリーに添加することもできる。ＳｉＣ単結晶ウエハを、Ｂｕｅｈｌｅｒ ＣＭＰ機を使用して４ｐｓｉの圧力及び１６０ｒｐｍで研磨した。研磨プロセス中に、研磨パッド上の除去速度及び温度上昇を測定した。過マンガン酸塩の濃度は、０．０１Ｍから１．０Ｍまで変動させた。溶液のｐＨは、硝酸及び／又はアルカリを添加することによって調整することができる。ｐＨは、０．５から５．０まで、例えば１．５から４．０まで変動させることができる。スラリーの流量は３０ｍｌ／分とした。少なくとも１時間維持された過マンガン酸塩溶液中の非晶質ジルコニア粒子のＩＥＰは、５未満、例えば４未満、又は３．０未満、例えば０．５～４．０に低下し得る。

得られた研磨データを以下の表４に示す。これらの実験では、過マンガン酸塩の濃度を０．３０Ｍで一定に保ち、過マンガン酸塩のＣＡＲ値を１．０で維持した。

表４は、除去速度、ＲＲＴＲ値及びＦＱＰＵＲＲ値がすべて、上記の方法によって調製されたスラリーによって増強されることを示している。この表は、（ｉ）界面活性剤の添加が温度上昇を低下させ、わずかに高いＲＲＴＲ値をもたらすこと、及び（ｉｉ）界面活性剤及び遷移金属オキシ化合物の添加が除去速度を有意に増加させ、温度上昇を低減し、したがってＦＦＴＲ値を有意に増強することの２つの特有の結果を明確に示している。また、ＳｉＣ表面の表面仕上げが、表面に傷も確認されず、優れていることも分かった。特定の界面活性剤（ＳＡＳなど）の添加は、ジルコニウムの水和酸化物及び水酸化物（例えば、ＺｒＯ_２、ｎＨ_２Ｏ）の形成をもたらし、これらの水和酸化物は、傷のない表面の形成をもたらすと結論付けることができる。以下に述べるように、アルファアルミナ粒子の使用により、ＳｉＣ表面に傷が形成される。同様に、これらのスラリーは、（ｉ）炭素面ＳｉＣ、（ｉｉ）多結晶ＳｉＣ、（ｉｉｉ）ＧａＮ、（ｉｖ）ダイヤモンド、及びｖ）グラファイト、並びに窒素及び炭素を含有する多種多様な金属及び非酸化物誘電体を含む他の種類のＳｉＣ材料を研磨する場合に、より高い速度を示すことが期待される。

溶液中のカチオンは、非晶質酸化ジルコニウム又は水酸化ジルコニウムの多孔質空間に存在し、より高い除去速度をもたらすと考えられる。過マンガン酸カリウムの濃度は０．０１Ｍから１．０Ｍまで変動させることができ、オキシ硝酸ジルコニウム／オキシクロライド又は他のオキシ化合物の濃度は０．０１ｇｍ／リットルから１００ｇｍ／リットルまで変動させることができ、非晶質酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム及びオキシ水酸化ジルコニウムの濃度は０．０ｇｍ／リットルから１００ｇｍ／リットルまで変動させることができる。スラリーのｐＨは、０．５から４．０まで変動し得る。オキシ硝酸ジルコニウムは、０．１ｇｍ／リットルから１００ｇｍ／リットルまで変動する濃度のジルコニウム、チタン、銅を含むがこれらに限定されない遷移金属の任意のオキシニトレート、オキシサルフェート又はオキシ水酸化物化合物で置き換えることができる。上記のように、界面活性剤は、アニオン性、カチオン性又は非イオン性ベースの化合物として含むことができる。混合界面活性剤を使用することもできる。

実施例４
この実施例は、異なる粒子研磨剤の効果に関する。０．０１Ｍ～０．６０Ｍの様々な濃度の酸化剤としてのＫＭｎＯ_４、オキシ硝酸ジルコニウム、並びにジルコニア、遷移金属水酸化物、シリカ、アルミナ、チタニア、及び被覆粒子などの様々な研磨剤を用いてスラリーを調製した。

ジルコニア粒子は、非晶質又は結晶性（正方晶又は単斜晶）であってもよい。アルミナ粒子は、結晶性又は非晶質であってもよく、オキシ水酸化物相（例えば、ＡｌＯ（ＯＨ））相を含有し得る。すべての粒子は、１０ｎｍ～２０００ｎｍ（２μｍ）の様々なサイズを有し得る。粒子の多孔度は２％から８０％まで変動することができ、ジルコニウム粒子又はアルミナ系粒子のＩＥＰは、一般に７未満、例えば５未満、又は４未満である。ジルコニア又は酸化アルミニウム若しくは水酸化アルミニウム、又はオキシ水酸化アルミニウム粒子は、０．４ｎｍ超、例えば１０ｎｍ超又は５０ｎｍ超のコーティング厚さを有するマンガン系酸化物によって被覆することができる。粒子の表面積は、５ｍ^２／ｇｍから４００ｍ^２／ｇｍまで変動し得る。粒子の濃度は、０．１ｇｍ／リットルから３００ｇｍ／リットルまで変動し得る。ＳｉＣ単結晶ウエハを、Ｂｕｅｈｌｅｒ ＣＭＰ機を使用して４ｐｓｉの圧力及び１６０ｒｐｍで研磨した。異なるｐＨの異なる濃度の過マンガン酸カリウムと、異なる濃度の遷移金属オキシ化合物とを含有するスラリーを添加した。これは、オキシ塩化ジルコニウム又はオキシ硝酸ジルコニウムのいずれかを添加することによって達成した。オキシ塩化ジルコニウム又はオキシ硝酸ジルコニウムのいずれかの濃度は、０．０１ｇｍ／リットルから１００ｇｍ／リットルまで変動させた。

研磨プロセス中に、パッド上の除去速度及び温度上昇を測定した。過マンガン酸塩の濃度は０．０１Ｍから０．４０Ｍまで変動させ、多原子ジルコニウムカチオンの濃度は０．００１Ｍから０．１Ｍまで変動させた。多原子ジルコニウムカチオンは、溶液中にオキシ塩化ジルコニウム又はオキシ硝酸ジルコニウムのいずれかを添加することによって供給した。溶液のｐＨは、硝酸及び／又はアルカリを添加することによって調整することができる。ｐＨは、０．５から５．０まで、例えば１．５から４．０まで変動させることができる。スラリーの流量は３０ｍｌ／分とした。

表５は、実験実行から得られたデータを示す。粒子の濃度は、この表のデータを生成するために１重量パーセントとした。これらの実験のために、研磨粒子の濃度を０．１から２０重量パーセントまで変動させた。

表５の結果は、オキシ化合物を添加しなかった場合と比較して、スラリーへの粒子の添加により除去速度及びＲＲＴＲ値が有意に向上することを明確に証明している。（シリカ、ジルコニア、又はアルミナの）酸化マンガン被覆粒子は、被覆されていない粒子と比較して傷の発生が少ないことが分かった。被覆粒子は、５．０未満のＩＥＰ値を示した。

表６は、スラリーに使用される様々な研磨剤の特性を示す。このスラリーの化学組成は、０．３Ｍの過マンガン酸塩濃度及び０．５重量パーセントのオキシ硝酸ジルコニウム溶液を含んでいた。研磨粒子含有量は０．１％から１５％まで変動させたが、表６では含有量は１重量％であった。試験された研磨粒子の様々な平均粒径範囲が表に示されているが、結果は括弧内に示されている値について引用した。これらの研磨粒子はすべて高いＲＲＴＲ値を与えたが、含水酸化物及び単斜晶ジルコニアを含有するスラリーは、これらの実行に対して最も低い平均表面傷を有する。すべての粒子のＩＥＰは、酸化マンガンコーティングを用いた粒子のｉｎ－ｓｉｔｕ（又はｅｘ－ｓｉｔｕ）コーティングのために５未満であることが分かった。表６に記載のすべてのスラリー粒子は、５を超えるモース硬度を有する。

ＳｉＣ試料の研磨にナノサイズのダイヤモンド粒子（粒径５ｎｍ～１ミクロン）及びダイヤモンド（サイズ５ｎｍ～１ミクロン）とアルミナ（サイズ０．４ミクロン～３０ミクロン）との組み合わせを使用した場合、興味深い結果が認められた（表６に示す）。ダイヤモンド対アルミナの重量比は、１：２から１：５０まで変動させることができる。温度上昇及び除去速度は、はるかに高く、より低い温度上昇で非常に高いＲＲＴＲ値を生じることが分かった。ダイヤモンド研磨試料は、比較的高い程度の傷を示した。

実施例５
過マンガン酸塩スラリー中に界面活性剤及び遷移金属オキシ化合物を長期間添加すると、酸化剤の化学的分解を引き起こし、研磨速度の低下をもたらす可能性がある。以下の表７は、２つの成分と混合されたスラリーの経時的な除去速度を示す。第１の成分は０．３０Ｍの過マンガン酸塩溶液を含有し、第２の成分は１％のジルコニア粒子、２０ｍＭ毎リットルのオキシ硝酸ジルコニウム、及び２ｇｍ／リットルの界面活性剤ＳＤＳを含有していた。これらの２つの成分を混合し、除去速度を時間（０日間～６０日間の時間）の関数として測定し、得られたデータを表７に示した。

表７は、最初の数日間は除去速度が一定であるが、１５日後にかなり急速に低下し始めることを証明している。これは、過マンガン酸塩系酸化剤の分解に起因している。この影響を軽減するために、上述のように、スラリーを図２に示すように２つの成分に分割し、成分の混合後一般に７日以内にＣＭＰに使用することができる。

実施例６
本実施例は、他の材料の研磨に関する。異なる材料及び表面を研磨した（例えば、Ｃ面ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣ、及びＧａ面ＧａＮ）。これらのすべての表面のＣＭＰ除去速度は、遷移金属オキシ化合物をスラリーに添加しなかった場合と比較して、１０％から１００％をわずかに下回るまで増加することが分かった。

実施例７
研磨組成物は、約１．３重量％のオキシ硝酸ジルコニウム溶液を有するＰＯＵの約４．５倍である、５．５重量％のＫＭｎＯ_４を含む酸化剤溶液を混合することによって調製した。このオキシ硝酸ジルコニウム溶液はまた、スラリーのｐＨを動作ｐＨ（約ｐＨ２）に調整する。酸化剤溶液とオキシ硝酸ジルコニウム溶液との混合比は約１０：１であった。この研磨組成物を用いて、実験は、１２インチの圧盤サイズを有する卓上研磨機で、３４．４７ｋＰａのダウンフォース及び３００ｒｐｍの圧盤速度で行った。表１、２及び４に記載の実験データには、ショアＡ硬度が６７の軟質ポリウレタンパッドを使用した。使用したスラリー流量は、２インチ×２インチの試験片に対して３０ｍＬ／分である。

以下の図３を参照すると、２つの組成物は以下に示す通りである。
Ａ．（「Ｘ」データポイントで表される）：
ａ．５．５重量パーセントの過マンガン酸カリウム、
ｂ．１．３重量パーセントのオキシ硝酸ジルコニウム
Ｂ．（「三角形」データポイントによって表される）：
ａ．１．２重量パーセントの過マンガン酸カリウム、
ｂ．１．３重量パーセントのオキシ硝酸ジルコニウム
これらの組成物において、Ａ及びＢの最終ｐＨは約２であった。完全に配合されたスラリー組成物のポットライフは、７日を超えて延びることが分かった。

本発明の態様：

第１の態様では、本発明は、
水性液体担体、
ｃ．オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物、並びに
パー系酸化剤
を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）用のスラリーを提供する。

第２の態様では、本発明は、第１の態様のスラリーを提供し、スラリーは、酸素及びアニオン含有遷移金属化合物を含み、アニオンは、オキシニトレート、オキシクロライド、オキシ水酸化物又はオキシサルフェートを含む。

第３の態様では、本発明は、パー系酸化剤が、０．０と１．０との間で変動するカチオン対アニオン比（ＣＡＲ）値を有する、第１又は第２の態様に記載のスラリーを提供する。

第４の態様では、本発明は、
ａ．水、
ｂ．パー系酸化剤、並びに
ｃ．ＺｒＯ＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、ＴｉＯ^＋、及びＴｉＯ^＋＋から選択される溶液中でカチオンを形成する少なくとも１つの化合物
を含み、
ここで、ｐＨは約１～約５である、スラリーを提供する。

第５の態様では、本発明は、パー系酸化剤が過マンガン酸カリウム及び過マンガン酸ナトリウムから選択される、第１又は第４の態様に記載のスラリーを提供する。

第６の態様では、本発明は、ｃ．がオキシ硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ニッケル、オキシ塩化ニッケル、オキシ硝酸ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、及びジルコニウムＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される、第４又は第５の態様に記載のスラリーを提供する。

第７の態様では、ジルコニウムＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートはオキシ酢酸ジルコニウムである。

第８の態様では、本発明は、ジルコニア、シリカ、アルミナ－セリア、水和金属酸化物、酸化マンガン被覆粒子、及びアルミナの少なくとも１つを含む研磨酸化物粒子をさらに含む、第１～第７の態様のいずれかに記載のスラリーを提供する。

第９の態様では、本発明は、少なくとも１つの界面活性剤をさらに含む、第１～第８の態様のいずれか１つを提供する。

第１０の態様では、第９の態様の界面活性剤は、フッ素含有界面活性剤又は少なくとも８個の炭素原子を含有する界面活性剤であり、界面活性剤は、０．１ｇｍ／リットル～１０ｇｍ／リットルの濃度で存在する。

第１１の態様では、本発明は、スラリーが多原子カチオンを含み、多原子カチオンの濃度が０．０１ｇｍ／リットル～２０ｇｍ／リットルである、第１の態様に記載のスラリーを提供する。

第１２の態様では、本発明は、スラリーが、酸素及びアニオン含有遷移金属化合物を含み、酸素及びアニオン含有遷移金属化合物が、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ニッケル、オキシ塩化ニッケル、オキシ硝酸ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、及びジルコニウムＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される、第１の態様に記載のスラリーを提供する。

第１３の態様では、本発明は、パー系酸化剤が０．０１Ｍ～０．５Ｍの濃度の過マンガン酸塩化合物を含む、第１第１２の態様のいずれか１つに記載のスラリーを提供する。

第１４の態様では、本発明は、研磨酸化物粒子の濃度が約０．００１～約３重量％である、第８の態様に記載のスラリーを提供する。

第１５の態様では、本発明は、研磨酸化物粒子がジルコニア又はアルミナを含み、０．５～４．０の等電点（ＩＥＰ）値を有する、第８又は第１４の態様に記載のスラリーを提供する。

第１６の態様では、本発明は、研磨酸化物粒子の密度が研磨酸化物粒子の理論密度の１０％～９０％である、第８、第１４、又は第１５の態様に記載のスラリーを提供する。

第１７の態様では、本発明は、
水性液体担体及び少なくとも１つのパー系酸化剤を含む第１の成分、並びに
（ｉ）水性担体並びに酸素及びアニオン遷移金属化合物、又は（ｉｉ）遷移金属及び酸素又は水素を含む多原子カチオンの前駆体、又は（ｉｉｉ）オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物を含む第２の成分
を含むスラリーを提供することと、
第１の成分と第２の成分とを混合してスラリーを形成することと、
ＣＭＰ装置を使用して、スラリーが供給される研磨パッドに対して基板を露出させて、基板の表面の少なくとも一部を除去することと
を含む、基板を化学機械研磨（ＣＭＰ）する方法を提供する。

第１８の態様では、本発明は、スラリーが、
ａ．水、
ｂ．パー系酸化剤、並びに
ｃ．ＺｒＯ＋、ＺｒＯ^＋＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、ＴｉＯ^＋、及びＴｉＯ^＋＋から選択される溶液中でカチオンを形成する少なくとも１つの化合物
を含み、
ここで、ｐＨは約１～約５である、第１７の態様に記載の方法を提供する。

第１９の態様では、本発明は、パー系酸化剤が過マンガン酸カリウム及び過マンガン酸ナトリウムから選択される、第１７又は第１８の態様に記載の方法を提供する。

第２０の態様では、本発明は、パー系酸化剤が、スラリー中の濃度が０．０１Ｍ～０．５Ｍで、０．３～１．０のカチオン対アニオン比（ＣＡＲ）値を有する過マンガン酸塩を含む、第１９の態様に記載の方法を提供する。

第２１の態様では、本発明は、イオン交換、電気透析、又は逆浸透を含むカチオン交換プロセスを使用してＣＡＲ値を提供するためにパー系酸化剤を処理することをさらに含む、第２０の態様に記載の方法を提供する。

第２２の態様では、本発明は、基板が炭化ケイ素、窒化ガリウム、又はダイヤモンドを含む、第１７～第２１の態様のいずれか１つに記載の方法を提供する。

第２３の態様では、本発明は、基板が非晶質炭素を含むことを含む、第１７～第２１の態様のいずれか１つに記載の方法を提供する。

第２４の態様では、本発明は、第１又は第２の成分が、ジルコニア、シリカ、アルミナ－セリア、水和金属酸化物、酸化マンガン被覆粒子及びアルミナの少なくとも１つを含む酸化物研磨粒子をさらに含む、第１７～２３の態様のいずれか１つに記載の方法を提供する。

第２５の態様では、本発明は、酸化物研磨粒子が０．５～４．０の等電点（ＩＥＰ）値を有する、第２４の態様に記載の方法を提供する。

第２６の態様では、本発明は、酸化物研磨粒子が、非晶質、単斜晶又は正方晶であり、２０ｍ^２／ｇｍ～４００ｍ^２／ｇｍの表面積を有するジルコニア粒子を含む、第２４又は第２５の態様に記載の方法を提供する。

第２７の態様では、本発明は、基板が炭化ケイ素単結晶を含む、第１７～第２６の態様のいずれか１つに記載の方法を提供する。

第２８の態様では、本発明は、第１の成分又は第２の成分が、フッ素を含むか又は少なくとも８個の炭素原子を有する界面活性剤をさらに含み、界面活性剤が０．１ｇｍ／リットル～１０ｇｍ／リットルの濃度である、第１７～第２７の態様のいずれか１つに記載の方法を提供する。

第２８の態様では、本発明は、研磨パッドが、約６０～７０のショアＡ硬度又は約３０～４０のショアＤ硬度を有する軟質ポリウレタンパッドである、第１７～第２７の態様のいずれか１つに記載の方法を提供する。

第２９の態様では、本発明は、
水性液体担体、
酸素及びアニオン含有遷移金属化合物、又は遷移金属及び酸素若しくは水素を含む多原子カチオンのいずれかを含む添加剤、並びに
パー系酸化剤
を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）用のスラリーを提供する。

このように本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明してきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲内でさらに他の実施形態を作成及び使用することができることを容易に理解するであろう。本文書によって網羅される本開示の多くの利点は、前述の説明に記載されている。しかしながら、本開示は、多くの点で例示にすぎないことが理解されよう。本開示の範囲は、当然のことながら、添付の特許請求の範囲が表現される言語で定義される。

Claims (10)

1. 水性液体担体、
   オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物、並びに
   パー系酸化剤
   を含み、パー系酸化剤が、０．０と１．０との間で変動するカチオン対アニオン比（ＣＡＲ）値を有する、化学機械研磨（ＣＭＰ）するためのスラリー。
2. ａ．水、
   ｂ．パー系酸化剤、並びに
   ｃ．ＺｒＯ^＋、ＺｒＯ^＋＋、ＮｉＯ^＋、ＺｒＯＨ^＋、ＨｆＯ^＋、ＨｆＯＨ^＋、ＴｉＯ^＋、及びＴｉＯ^＋＋から選択される溶液中でカチオンを形成する少なくとも１つの前記遷移金属オキシ化合物、
   を含み、
   ここで、ｐＨは約１～約５である、請求項１に記載のスラリー。
3. パー系酸化剤が、過マンガン酸カリウム及び過マンガン酸ナトリウムから選択される、請求項２に記載のスラリー。
4. ｃ．を含み、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ニッケル、オキシ塩化ニッケル、オキシ硝酸ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、及びジルコニウムＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される、請求項２に記載のスラリー。
5. ジルコニア、シリカ、アルミナ－セリア、水和金属酸化物、酸化マンガン被覆粒子、及びアルミナの少なくとも１つを含む研磨酸化物粒子を更に含む、請求項２に記載のスラリー。
6. 少なくとも１つの界面活性剤を更に含む、請求項１に記載のスラリー。
7. 前記遷移金属オキシ化合物から形成される多原子カチオンを含み、多原子カチオンの濃度が０．０１ｇｍ／リットル～２０ｇｍ／リットルである、請求項１に記載のスラリー。
8. ｃ．を含み、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ニッケル、オキシ塩化ニッケル、オキシ硝酸ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、及びジルコニウムＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される、請求項１に記載のスラリー。
9. パー系酸化剤が０．０１Ｍ～０．５Ｍの濃度の過マンガン酸塩化合物を含む、請求項２に記載のスラリー。
10. 水性液体担体及び少なくとも１つのパー系酸化剤を含む第１の成分、並びに
    オキシ－ニトレート、オキシ－クロライド、オキシ－サルフェート、オキシ－カーボネート、及びＣ_２～Ｃ_１０オキシ－アルカノエートから選択される遷移金属オキシ化合物を含む第２の成分
    を含むスラリーを提供すること、
    第１の成分と第２の成分とを混合してスラリーを形成すること、
    ＣＭＰ装置を使用して、スラリーがその上に供給される研磨パッドに対して基板を露出させて、基板の表面の少なくとも一部を除去すること
    を含む、基板を化学機械研磨（ＣＭＰ）する方法。

Images