JP2009530811A

JP2009530811A - 窒化ケイ素を研磨するための組成物及び方法

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Publication number: JP2009530811A
Application number: JP2009500376A
Authority: JP
Inventors: チェン，チャン; バカッシイ，ロバート; カーター，フィリップ; ダイサード，ジョフリー
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Current assignee: CMC Materials Inc
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2027-03-06
Also published as: TWI363797B; TW200740970A; CN102604541A; US20070209287A1; IL192527A; WO2007108926A3; JP5524607B2; CN102604541B; WO2007108926A2; MY153685A; IL192527A0; CN101389722B; KR20080106575A; KR101371939B1; SG170108A1; EP1994107A2; CN101389722A

Abstract

本発明の化学機械研磨用組成物は、を含み、１〜６のｐＨを有する。基材を研磨する本発明の方法は、上述の研磨用組成物の使用を含み、窒化ケイ素を含む基材を研磨するのに特に有用であって、（ａ）研磨剤、（ｂ）マロン酸０．１ｍＭ〜１０ｍＭ、（ｃ）アミノカルボン酸０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、（ｄ）硫酸イオン０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｅ）水。

Description

本発明は、化学機械研磨用の組成物及び方法に関する。

集積回路は、シリコンウェーハといったような基材に又はその上に形成された多数の能動素子から構成される。能動素子は化学的及び物理的に基材に接続され、多層配線を使用して相互接続されて機能的回路を形成する。標準的な多層配線は、第１の金属層、層間絶縁膜層、そして時として第２及びそれ以降の金属層（単数又は複数）を含む。層間絶縁膜、例えばドープ及び非ドープ二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）及び／又は低κ誘電体が、異なる金属層を電気的に絶縁する目的で使用される。各層が形成されると、標準的に層は平坦化され、新たに形成された層の上面に後続する層を形成することができるようにしている。

集積回路デバイス内の配線を形成するためには、導電性材料としてタングステンが増々使用されている。二酸化ケイ素基材上に平面タングステン回路パターンを製作するための一つの方法は、ダマシンプロセスと呼ばれる。このプロセスに従うと、窒化ケイ素層が上に被着された二酸化ケイ素誘電体表面を、フォトレジストを適用し、該フォトレジストをパターンを通して放射線照射に曝露してトレンチ及び／又はビアを画定し、その後通常のドライエッチングプロセスを用いて垂直及び水平配線用のホール及びトレンチを形成することによってパターン化する。窒化ケイ素は、トレンチ及び／又はビアの一部ではない二酸化ケイ素表面をエッチング中の損傷から保護するための「ハードマスク」として機能する。パターン化された表面は、チタンといったような付着促進層及び／又は窒化チタンといったような拡散バリヤ層でコーティングされる。付着促進層及び／又は拡散バリヤ層は、その後タングステン層でオーバーコートされる。このタングステンオーバーコート層の厚み、そしてまた付着促進層及び／又は拡散バリヤ層の厚みを、窒化ケイ素表面の高い部分を曝露する平面が得られるまで減らすために、化学機械研磨が用いられる。ビア及びトレンチは、回路配線を形成する導電性タングステンを充填したまま残る。

タングステンの平坦化又は研磨に有用な研磨用組成物及び方法は標準的に窒化ケイ素の平坦化又は研磨にとって有効でないことから、一般に、窒化ケイ素層はプラズマドライエッチングを使用して、又は適切な研磨用組成物を用いる第２の研磨作業を利用して除去される。更に、タングステンの研磨に適した研磨用組成物及び窒化ケイ素及び酸化ケイ素の研磨に適した研磨用組成物は標準的に相容性がないことから、第２の研磨工程は通常、異なる研磨装置を用いて実施され、かくして作業全体の複雑さ及びコストが追加される。その上、窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を研磨するために現在使用されている研磨用組成物は標準的に、窒化ケイ素に比べて速い除去速度を酸化ケイ素について示す。かくして、窒化ケイ素が除去されて下にある酸化ケイ素が露出するにつれて、酸化ケイ素は過剰研磨される可能性があり、その結果基材表面の平坦度は不十分なる。

従って、当該技術分野においては、酸化ケイ素に比べ窒化ケイ素に対して改善された選択性を有しかつ既存のタングステン研磨用組成物との相容性をもつ研磨用組成物及び方法に対する必要性が依然として存在する。

本発明は、（ａ）研磨剤、（ｂ）酸化ケイ素と比較して窒化ケイ素の除去速度を増進する単数又は複数の構成成分、及び（ｃ）水、を含む化学機械研磨用組成物であって、ｐＨが１〜６である研磨用組成物を提供する。

本発明の化学機械研磨用組成物の第１の態様は、（ａ）研磨剤、（ｂ）マロン酸０．１ｍＭ〜１０ｍＭ、（ｃ）アミノカルボン酸０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、（ｄ）硫酸イオン０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｅ）水、を含み、ここで該研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

本発明の化学機械研磨用組成物の第２の態様は、（ａ）研磨剤、（ｂ）アリールジカルボン酸、フェニル酢酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される有機酸０．１ｍＭ〜２５ｍＭ、及び（ｃ）水、を含み、ここで該研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

本発明の化学機械研磨用組成物の第３の態様は、（ａ）研磨剤、（ｂ）スズ酸カリウム０．００１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｃ）水、を含み、ここで該研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

本発明の化学機械研磨用組成物の第４の態様は、（ａ）研磨剤、（ｂ）尿酸０．００１ｗｔ％〜１ｗｔ％、及び（ｃ）水、を含み、該研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

本発明はまた、本発明の化学機械研磨用組成物で基材を化学機械的に研磨するための方法も提供する。

基材を化学機械研磨するための本発明の方法の第１の態様は、（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、（ａ）研磨剤、（ｂ）マロン酸０．１ｍＭ〜１０ｍＭ、（ｃ）アミノカルボン酸０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、（ｄ）硫酸イオン０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｅ）水、を含む研磨用組成物及び研磨用パッドと接触させること、（ｉｉ）基材に対し相対的に研磨用パッドを移動させること、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて研削基材を研磨すること、を含み、ここで研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

基材を化学機械研磨するための本発明の方法の第２の態様は、（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、（ａ）研磨剤、（ｂ）アリールジカルボン酸、フェニル酢酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される有機酸０．１ｍＭ〜２５ｍＭ、及び（ｃ）水、を含む研磨用組成物及び研磨用パッドと接触させること、（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、を含み、ここで研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

基材を化学機械研磨するための本発明の方法の第３の態様は、（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、（ａ）研磨剤、（ｂ）スズ酸カリウム０．００１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｃ）水、を含む研磨用組成物及び研磨用パッドと接触させること、（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、を含み、ここで研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

基材を化学機械研磨するための本発明の方法の第４の態様は、（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、（ａ）研磨剤、（ｂ）尿酸０．００１ｗｔ％〜１ｗｔ％、及び（ｃ）水、を含む研磨用組成物及び研磨用パッドと接触させること、（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、を含み、ここで研磨用組成物のｐＨは１〜６である。

本発明は、（ａ）研磨剤、（ｂ）酸化ケイ素と比較して窒化ケイ素の除去速度を増進する単数又は複数の構成成分、及び（ｃ）水、を含む化学機械研磨用組成物であって、ｐＨが１〜６である研磨用組成物を提供する。酸化ケイ素と比較して窒化ケイ素の除去速度を増進する構成成分をここでは「窒化物増進剤」と呼ぶ。

研磨用組成物は研磨剤を含む。研磨剤は、任意の適切な研磨剤であることができ、その多くが当該技術分野において周知である。研磨剤は望ましくは金属酸化物を含む。適切な金属酸化物には、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物が含まれる。好ましくは、金属酸化物はシリカである。シリカは、任意の適切な形態のシリカでよい。シリカの有用な形態としては、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、及び縮合重合シリカが挙げられるが、これらに制限されるわけではない。最も好ましくは、シリカは縮合重合シリカである。縮合重合シリカ粒子は、標準的に、Ｓｉ（ＯＨ）₄を縮合させてコロイド粒子を形成することによって調製される。前駆体Ｓｉ（ＯＨ）₄は、例えば、高純度アルコキシシランの加水分解によって、又はケイ酸塩水溶液の酸性化により得ることができる。このような研磨剤粒子は、米国特許第５２３０８３３号明細書に従って調製可能であり、あるいは、ＦｕｓｏＰＬ−１、ＰＬ−２及びＰＬ−３製品や、Ｎａｌｃｏ１０５０、２３２７及び２３２９製品や、そしてまたデュポン、バイエル、アプライドリサーチ、日産化学、クラリアント各社から入手可能なその他の類似の製品などの、様々な市販の製品のいずれかとして得ることができる。

当該技術分野において周知であるように、研磨剤粒子は、最も低い構造レベルにおいて、一次粒子を含む。一次粒子は、粒子を構成する原子間の共有結合により形成され、ほとんど最も厳しい条件に対して安定している。次の構造レベルでは、一次粒子は結びついて、一般に凝集体と呼ばれる二次粒子になる。凝集体粒子は一次粒子を含み、共有結合と静電的相互作用により共に結合されて、そして標準的に、例えば高せん断混合といったような機械的エネルギーの投入による分解に対して耐性をもつ。次の構造レベルでは、凝集体はより緩く結びついて凝集塊となる。標準的には、凝集塊は機械的エネルギーの投入により構成成分の凝集体へと分離することができる。特定の組成物と製造方法に応じて、一次粒子及び二次粒子（例えば凝集体）は、球形から楕円形の範囲内の形状を有することができ、一部の凝集体は、伸長した鎖状構造を有することができる。例えば、熱分解法シリカ又はヒュームドシリカは標準的に、鎖状構造をもつ凝集体の形で存在する。沈降シリカ、例えばケイ酸ナトリウムの中和により調製されたシリカは、ほぼ球形の一次粒子が結びついて「ブドウの房」に似た凝集体となった凝集体構造を有する。一次研磨剤粒子及び凝集した一次粒子（例えば二次粒子）の両方とも、平均の粒径を有するものとして特徴づけすることができる。この点について、粒径というのは、その粒子を囲む最小の球の直径を指すものである。

研磨剤は標準的には、５ｎｍ以上（例えば１０ｎｍ以上、又は１５ｎｍ以上、又は２０ｎｍ以上）の一次粒径を有する。好ましくは、研磨剤は１５０ｎｍ以下（例えば１００ｎｍ以下、又は７５ｎｍ以下、又は５０ｎｍ以下、又は更には３０ｎｍ以下）の一次粒径を有する。より好ましくは、研磨剤は、５ｎｍ〜５０ｎｍ、又は１０ｎｍ〜４０ｎｍ、又は１５ｎｍ〜３５ｎｍ、又は２０ｎｍ〜３０ｎｍの一次粒径を有する。

研磨剤が一次粒子の凝集体を含む場合、該研磨剤は標準的に２０ｎｍ以上（例えば３０ｎｍ以上、又は４０ｎｍ以上、又は５０ｎｍ以上）の凝集体粒径を有する。好ましくは、研磨剤は２５０ｎｍ以下（例えば２００ｎｍ以下、又は１５０ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下、又は更には７５ｎｍ以下）の凝集体粒径を有する。より好ましくは、研磨剤は、２０ｎｍ〜１２５ｎｍ、又は３０ｎｍ〜１００ｎｍ、又は４０ｎｍ〜９０ｎｍ、又は５０ｎｍ〜８０ｎｍの凝集体粒径を有する。

研磨剤は望ましくは、研磨用組成物中に、より具体的には研磨用組成物の水中に、懸濁される。研磨剤が研磨用組成物中に懸濁される場合、研磨剤は好ましくはコロイド的に安定している。コロイドという用語は、水中の研磨剤粒子の懸濁を言うものである。コロイド的な安定性は、その懸濁の経時的な維持を指すものである。本発明に関して言えば、研磨剤は、それが１００ｍｌのメスシリンダに入れられて２時間にわたり未撹拌状態で放置されたときに、メスシリンダの低部５０ｍｌ中の粒子濃度（ｇ／ｍｌ単位で［Ｂ］）とメスシリンダの上部５０ｍｌ中の粒子濃度（ｇ／ｍｌ単位で［Ｔ］）との差を研磨剤組成物中の初期粒子濃度（ｇ／ｍｌ単位で［Ｃ］）で除したものが０．５以下（すなわち｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）である場合に、コロイド的に安定であるとみなされる。［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。

研磨用組成物中には、任意の適切な量の研磨剤が存在することができる。一般的には、研磨用組成物中に０．０１ｗｔ％以上の研磨剤（例えば０．０５ｗｔ％以上、又は０．１ｗｔ％以上、又は１ｗｔ％以上）が存在することができる。研磨用組成物中の研磨剤の量は好ましくは１０ｗｔ％を超えず、より好ましくは８ｗｔ％を超えない（例えば６ｗｔ％を超えない）。更に一層好ましくは、研磨剤は研磨用組成物の０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％（例えば１ｗｔ％〜６ｗｔ％）を構成する。

研磨用組成物は水を含む。水は、研磨又は平坦化すべき適切な基材の表面への研磨剤粒子、窒化物増進剤、及びその他の任意の添加剤の適用を容易にするために用いられる。好ましくは、水は脱イオン水である。

研磨用組成物は、６以下（例えば５以下又は４以下）のｐＨを有する。好ましくは、研磨用組成物のｐＨは１以上（例えば２以上）である。更に一層好ましくは、研磨用組成物のｐＨは１〜５（例えば２〜４）である。研磨用組成物は、場合により、ｐＨ調整剤、例えば水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化アルキルアンモニウム、及び／又は硝酸、を含む。研磨用組成物は、場合により、ｐＨ緩衝系を含む。数多くのそのようなｐＨ緩衝系が当該技術分野で周知である。ｐＨ緩衝剤は、任意の適切な緩衝剤、例えばリン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩など、でよい。研磨用組成物は、研磨用組成物の適切な範囲内のｐＨを得るため及び／又は維持するために適切な量が使用されることを条件として、任意の適切な量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨ緩衝剤を含むことができる。

第１の態様において、本発明は、（ａ）研磨剤、（ｂ）マロン酸０．１ｍＭ〜１０ｍＭ、（ｃ）アミノカルボン酸０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、（ｄ）硫酸イオン０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｅ）水、を含む化学機械研磨用組成物を提供し、この研磨用組成物は１〜６のｐＨを有する。

第１の態様の研磨用組成物はマロン酸を含む。マロン酸には、遊離酸も、そのモノ及びジ塩も含まれる。マロン酸の塩を研磨用組成物で用いる場合、その塩は任意のカチオン、又はカチオンの混合物を含むことができる。適切なカチオンの例としては、カリウム、アンモニウム、テトラアルキルアンモニウムなどが挙げられる。

研磨用組成物は、任意の適切な濃度のマロン酸を含むことができる。標準的には、研磨用組成物中のマロン酸の濃度は０．１ｍＭ以上（例えば０．５ｍＭ以上）である。研磨用組成物中のマロン酸の濃度は、好ましくは１０ｍＭ以下（例えば７．５ｍＭ以下又は５ｍＭ以下）である。より好ましくは、研磨用組成物中のマロン酸の濃度は０．５ｍＭ〜５ｍＭである。マロン酸の所望の濃度は、研磨用組成物の調製において水及びそれに溶解又は懸濁した構成成分の重量に基づいて０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％のマロン酸を使用することなどの、任意の適切な手段により得ることができる。

第１の態様の研磨用組成物はアミノカルボン酸を含む。アミノカルボン酸は、利用される濃度で研磨用組成物の水中にそれが実質的に溶解されるような水溶解度を有していることを条件として、任意の適切なアミノカルボン酸でよい。好ましくは、アミノカルボン酸は、グリシン、α−アラニン、β−アラニン、セリン、ヒスチジン、それらの誘導体及びそれらの塩からなる群から選択される。より好ましくは、アミノカルボン酸はグリシンである。上述のアミノカルボン酸は、カルボン酸基の塩（例えば金属塩、アンモニウム塩など）の形でも、アミノカルボン酸が両性イオンである酸の形でも、存在することができることが理解されよう。更に、アミノカルボン酸は、アミン基の酸の塩（例えば塩酸塩又は硫酸塩）の形で存在することができる塩基性アミン官能基を含む。

研磨用組成物は、任意の適切な濃度のアミノカルボン酸を含むことができる。標準的には、研磨用組成物中のアミノカルボン酸の濃度は０．１ｍＭ以上（例えば０．５ｍＭ以上である）。研磨用組成物中のアミノカルボン酸の濃度は、好ましくは１００ｍＭ以下（例えば７５ｍＭ以下又は５０ｍＭ以下）である。より好ましくは、研磨用組成物中のアミノカルボン酸の濃度は０．５ｍＭ〜５０ｍＭ（例えば１ｍＭ〜４０ｍＭ又は１０ｍＭ〜３０ｍＭ）である。アミノカルボン酸の所望の濃度は、研磨用組成物の調製において水及びそれに溶解又は懸濁した構成成分の重量に基づいて０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％のアミノカルボン酸を使用することなどの、任意の適切な手段により得ることができる。

第１の態様の研磨用組成物は硫酸イオンを含む。研磨用組成物のｐＨに応じて、硫酸イオンも、モノプロトン化形態（すなわち硫酸水素塩）でもジプロトン化形態（すなわち硫酸）でも存在することができるということが理解されよう。従って、本発明に関しては、硫酸イオンという用語はＳＯ₄ ^2-種もそのモノ及びジプロトン化した酸の形態の種をも意味する。

硫酸イオンは、任意の適切な硫酸根含有化合物を使用することで提供することができる。例えば、研磨用組成物に適量の硫酸を加え、その後研磨用組成物のｐＨを現場で調整することができる。あるいはまた、研磨用組成物は、適量の硫酸の添加により研磨用組成物のｐＨがここに記載されているとおりとなるように、適切な量の塩基性化合物を含むことができる。硫酸イオンは、式Ｍ₂ＳＯ₄をもつ一価のカチオンの塩の形で供給することができ、この式中のＭは任意の適切な１価のカチオン、例えば１価の金属イオン（例としてＮａ、Ｋ、Ｌｉ）、アンモニウムカチオン、テトラアルキルアンモニウムカチオン、又は研磨用組成物のアミノカルボン酸の酸付加塩、であることができる。硫酸イオンは、式ＭＨＳＯ₄をもつ１価のカチオンのモノ塩の形で供給することができ、この式のＭはここに記載されているとおりであることができる。硫酸イオンは、式ＭＳＯ₄をもつ２価のカチオンの塩の形で供給することができ、この式のＭは、塩が研磨用組成物に実質的に溶解されるような水への溶解度を有することを条件として、適切な任意の２価のカチオンであることができる。硫酸イオンは、一部又は全部を、アミノカルボン酸の硫酸塩又は硫酸水素塩として供給することができる。硫酸イオンはまた、カチオンポリマーの硫酸塩の形で供給することもできる。カチオンポリマーの非限定的な例としては、アミン含有ポリマー及びコポリマーが挙げられ、その多くは当該技術分野において周知である。

研磨用組成物は、任意の適切な濃度の硫酸イオンを含むことができる。標準的には、研磨用組成物中の硫酸イオンの濃度は０．１ｍＭ以上（例えば０．５ｍＭ以上又は１ｍＭ以上）である。好ましくは、研磨用組成物中の硫酸イオンの濃度は１００ｍＭ以下（例えば７５ｍＭ以下又は５０ｍＭ以下）である。より好ましくは、研磨用組成物中の硫酸イオンの濃度は１ｍＭ〜５０ｍＭ（例えば２．５ｍＭ〜２５ｍＭ）である。

第２の態様において、本発明は、（ａ）研磨剤、（ｂ）アリールジカルボン酸、フェニル酢酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される有機酸０．１ｍＭ〜２５ｍＭ、及び（ｃ）水、を含む化学機械研磨用組成物を提供し、この研磨用組成物は１〜６のｐＨを有する。

第２の態様の研磨用組成物は、アリールジカルボン酸、フェニル酢酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される有機酸を含む。アリールジカルボン酸の好ましい例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、及び２，３−ナフタレンジカルボン酸が挙げられる。より好ましくは、アリールジカルボン酸はフタル酸である。フェニル酢酸の好ましい例としては、フェニル酢酸、２−ヒドロキシフェニル酢酸、３−ヒドロキシフェニル酢酸、４−ヒドロキシフェニル酢酸、及びマンデル酸が含まれる。より好ましくは、フェニル酢酸はマンデル酸である。好ましい態様においては、研磨用組成物はフタル酸とマンデル酸の混合物を含む。何らかの特定の理論により束縛されることを望まないが、アリールジカルボン酸及びフェニル酢酸は窒化ケイ素表面と、その上に電気二重層が形成するのを抑制又は妨害するよう相互作用するものと考えられる。

第２の態様の研磨用組成物は、任意の適切な濃度のアリールジカルボン酸及び／又はフェニル酢酸を含むことができる。標準的には、研磨用組成物は、０．１ｍＭ以上（例えば０．５ｍＭ以上、又は１ｍＭ以上、又は２ｍＭ以上、又は５ｍＭ以上）のアリールジカルボン酸及び／又はフェニル酢酸を含む。好ましくは、研磨用組成物は、２５ｍＭ以下（例えば２０ｍＭ以下又は１５ｍＭ以下）のアリールジカルボン酸及び／又はフェニル酢酸を含む。より好ましくは、研磨用組成物は１ｍＭ〜２５ｍＭ（例えば２ｍＭ〜２０ｍＭ又は５ｍＭ〜１５ｍＭ）のアリールジカルボン酸及び／又はフェニル酢酸を含む。

第３の態様では、本発明は、（ａ）研磨剤、（ｂ）スズ酸カリウム０．００１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び（ｃ）水、を含む化学機械研磨用組成物を提供し、この研磨用組成物は１〜６のｐＨを有する。

第３の態様の研磨用組成物は、スズ酸カリウムを含む。スズ酸カリウムは式Ｋ₂ＳｎＯ₃を有し、三水和物として市販されている。

第３の態様の研磨用組成物は、任意の適切な濃度のスズ酸カリウムを含むことができる。標準的には、研磨用組成物は０．００１ｍＭ以上（例えば０．０１ｍＭ以上又は０．１ｍＭ以上）のスズ酸カリウムを含む。好ましくは、研磨用組成物は１００ｍＭ以下（例えば５０ｍＭ以下、又は２５ｍＭ以下、又は１０ｍＭ以下）のスズ酸カリウムを含む。より好ましくは、研磨用組成物は０．０１ｍＭ〜５０ｍＭのスズ酸カリウム（例えば０．１ｍＭ〜１０ｍＭ）を含む。

第４の態様では、本発明は、（ａ）研磨剤、（ｂ）尿酸０．００１ｗｔ％〜１ｗｔ％、及び（ｃ）水、を含む化学機械研磨用組成物を提供し、この研磨用組成物は１〜６のｐＨを有する。

第４の態様の研磨用組成物は、任意の適切な量の尿酸を含むことができる。標準的には、研磨用組成物は０．００１ｗｔ％以上（例えば０．０５ｗｔ％以上）の尿酸を含む。好ましくは、研磨用組成物は１ｗｔ％以下（例えば０．５ｗｔ％以下）の尿酸を含む。より好ましくは、研磨用組成物は０．０１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の尿酸を含む。

本発明の研磨用組成物は、多くが当業者にとって既知である任意の適切な技術により調製することができる。該研磨用組成物は、バッチプロセスか又は連続プロセスで調製可能である。一般に、研磨用組成物はその構成成分を任意の順序で一緒にすることによって調製することができる。ここで使用する「構成成分」という用語には、個々の成分（例えば、研磨剤、窒化物増進剤など）も、成分（例えば、研磨剤、窒化物増進剤、緩衝剤など）の任意の組合せも含まれる。

例えば、一つの態様においては、研磨剤を水中に分散させることができる。次にアミノカルボン酸とマロン酸を加え、該構成成分を研磨用組成物中に取込むことができる任意の方法により混合することができる。硫酸イオンは、このプロセスの任意の時点で添加することができる。硫酸イオンは、硫酸又はその水溶液の形で、研磨剤、マロン酸及びアミノカルボン酸の混合物に加えることができる。あるいはまた、硫酸イオンは、アミノカルボン酸の硫酸塩又は硫酸水素塩の形で供給することができる。研磨用組成物の調製においては、その他の窒化物増進剤を同様に利用することができる。研磨用組成物は、使用直前（例えば使用前７日以内、又は使用前１時間以内、又は使用前１分以内）に研磨用組成物に、ｐＨ調整用成分といったような１種又は２種以上の構成成分を添加して、使用前に調製することができる。研磨用組成物はまた、研磨作業中に基材の表面で構成成分を混合することにより調製することもできる。

研磨用組成物はまた、使用に先立ち適量の水で希釈されるよう意図されている濃縮物として提供することもできる。このような態様においては、研磨用組成物濃縮物は、適量の水で濃縮物を希釈すると、研磨用組成物の各構成成分が各構成成分について上述した適切な範囲内の量で研磨用組成物中に存在することになるような量で、例えば研磨剤、マロン酸、アミノカルボン酸、硫酸イオン及び水を含むことができる。例えば、研磨剤、マロン酸、アミノカルボン酸、及び硫酸イオンはそれぞれ、各構成成分について上述した濃度より２倍（例えば３倍、４倍、又は５倍）多い量で、濃縮物中に存在することができ、このとき各構成成分は、濃縮物を等体積分の水（例えばそれぞれ２等体積分の水、３等体積分の水、又は４等体積分の水）で希釈したときに、各構成成分について上述した範囲内の量で、研磨剤濃縮物中に存在するようにされる。更に、当業者には理解されるように、濃縮物は、マロン酸、アミノカルボン酸、硫酸イオン及びその他の適切な添加剤が少なくとも部分的に又は完全に濃縮物において溶解するのを確実にするため、最終の研磨用組成物中に存在する水のうちのしかるべき分を含有することができる。その他の窒化物増進剤も同様に、濃縮物において使用可能である。

本発明は更に、基材を化学機械研磨する方法であって、（ｉ）基材をここに記載される研磨用組成物及び研磨用パッドと接触させること、（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に、それらの間に研磨用組成物がある状態で、移動させること、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、を含む方法を提供する。

本発明の方法は、任意の適切な基材を研磨するために使用可能であり、窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を研磨するために特に有用である。適切な基材には、半導体産業において用いられるウェーハが含まれる。研磨用組成物は、いわゆるダマシン加工を受けた、タングステン、窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を平坦化又は研磨するのに特によく適している。ダマシン加工には標準的に、上に酸化ケイ素層が被着されその後窒化ケイ素層が被着されるシリコン基材を供給することが含まれる。トレンチ及び／又はビアのパターンをフォトリソグラフィにより基材の上層に画定し、次にパターン化された領域をエッチングして基材表面にトレンチ及び／又はビアを提供する。基材をタングステンでオーバーコートしてトレンチ及び／又はビアを充てんし、余剰のタングステンを、トレンチ及び／又はビア内のタングステンが基材表面上に存在している窒化ケイ素と実質的に同じ高さとなるようにタングステンを研磨するのに適した研磨用組成物を用いる化学機械的平坦化により除去する。望ましくは、窒化ケイ素を除去し酸化ケイ素を露出させるための窒化ケイ素の平坦化又は研磨は、本発明の研磨用組成物を用いて、好ましくは基材表面の二酸化ケイ素の過剰のエロージョンなしに窒化ケイ素が実質的に除去され二酸化ケイ素が適切に平坦化されるように、行われる。有利なことに、本発明の研磨用組成物は、タングステンを研磨又は平坦化後に本発明の研磨用組成物での窒化ケイ素の研磨を同じ研磨装置で及び同じ研磨用パッドを用いて実施できるように、タングステンの研磨又は平坦化に適した研磨用組成物と相容性である。

本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置とともに使用するのに特に適している。標準的に、該装置は、使用時に移動し、そして軌道状、線形又は円形運動の結果として生じる速度をもつ定盤、この定盤と接触し、そして移動時に定盤とともに動く研磨用パッド、及び研磨すべき基材を研磨用パッドの表面と接触しそれに対し相対的に移動することによって保持するキャリアを含んでなる。基材の研磨は、基材を本発明の研磨用組成物及び研磨用パッドと接触して配置し、その後研磨用パッドが、基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨するよう、基材に対し相対的に動くことによって行なわれる。

基材は、任意の適切な研磨用パッド（例えば研磨用表面）を用いて化学機械研磨用組成物で平坦化又は研磨することができる。適切な研磨用パッドとしては、例えば、製織及び不織研磨用パッドが挙げられる。更に、適切な研磨用パッドは、いろいろな密度、硬度、厚み、圧縮率、圧縮時の反発能力、及び圧縮弾性率の任意の適切なポリマーを含むことができる。適切なポリマーとしては、例えばポリ塩化ビニル、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、及びそれらの混合物が挙げられる。

望ましくは、ＣＭＰ装置は、多くが当該技術分野において既知であるインサイチュ研磨終点検出システムを更に含む。基材の表面から反射された光又はその他の放射線を分析することにより研磨プロセスを点検し監視するための技術が、当該技術分野において既知である。望ましくは、研磨中の基材に関して研磨プロセスの進行を点検又は監視することにより、研磨終点の判定、すなわち特定の基材に関して研磨プロセスを終了する時期を判定することが可能になる。そのような方法は、例えば、米国特許第５１９６３５３号、米国特許第５４３３６５１号、米国特許第５６０９５１１号、米国特許第５６４３０４６号、米国特許第５６５８１８３号、米国特許第５７３０６４２号、米国特許第５８３８４４７号、米国特許第５８７２６３３号、米国特許第５８９３７９６号、米国特許第５９４９９２７号、及び米国特許第５９６４６４３号各明細書に記載されている。

以下の例は本発明を更に例示するものであるが、当然のことながらいかなる形であれその範囲を制限するものとみなされるべきものではない。

以下の例では、研磨実験には一般に、研磨用パッドに対する基材の下向き圧力２２．５ｋＰａ（３．３ｐｓｉ）、サブキャリヤ圧力２２．５ｋＰａ（３．３ｐｓｉ）、背面側方圧力２２．５ｋＰａ（３．３ｐｓｉ）、リング圧力２０ｋＰａ（２．９ｐｓｉ）、定盤速度１００ｒｐｍ、キャリア速度５５ｒｐｍ、研磨用組成物流量１５０ｍＬ／ｍｉｎの直径５０．８ｃｍ（２０インチ）の研磨工具を使用し、そして同軸溝付きＣＭＰパッドのエクスサイチュ状態調節を使用した。

〔例１〕
この例は、本発明の研磨用組成物を用いて観察される窒化ケイ素層及び二酸化ケイ素層についての除去速度に及ぼす硫酸イオンの効果を実証する。

８つの異なる研磨用組成物を使用して、同様の窒化ケイ素層及び二酸化ケイ素層を別々に化学機械研磨した（組成物１Ａ−１Ｈ）。研磨用組成物のおのおのは、水中に３．３のｐＨで、５ｗｔ％の縮合重合シリカ（２５ｎｍという一次粒径をもつ、ＦｕｓｏＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙのＰＬ−２製品）、２．５ｍＭのマロン酸、及び２０ｍＭのグリシンを含んでいた。組成物１Ａ（対照）は、更なる成分を含有していなかった。組成物１Ｂ（比較用）は、１０ｍＭの硝酸カリウムを更に含有していた。組成物１Ｃ（比較用）は、１０ｍＭの硝酸アンモニウムを更に含有していた。組成物１Ｄ（比較用）は、１０ｍＭの硝酸カルシウムを更に含有していた。組成物１Ｅ（比較用）は、１０ｍＭの臭化カリウムを更に含有していた。組成物１Ｆ（比較用）は、１０ｍＭのリン酸二水素カリウムを更に含有していた。組成物１Ｇ（本発明）は、１０ｍＭの硫酸カリウムを更に含有していた。組成物１Ｈ（本発明）は、１０ｍＭの硫酸アンモニウムを更に含有していた。研磨用組成物の使用後に、窒化ケイ素除去速度（「窒化物ＲＲ」）及び二酸化ケイ素除去速度（「酸化物ＲＲ」）を測定し、選択率＝窒化物ＲＲ／酸化物ＲＲという式により定義される選択率を計算した。結果を表１に示す。

表１に示されている結果から明らかであるように、水中３．３のｐＨで、縮合重合シリカ、マロン酸及びグリシンを含む研磨用組成物に対し１０ｍＭの硫酸カリウム（組成物１Ｇ）又は１０ｍＭの硫酸アンモニウム（組成物１Ｈ）が存在することで、結果として、それぞれ対照研磨用組成物で観測されるものの約１．６８倍及び１．８４倍の窒化ケイ素除去速度と、対照研磨用組成物で観測されるものの約０．８２倍及び０．７７倍の酸化ケイ素除去速度が得られた。組成物１Ｆを除いて、その他の添加物は全て、対照研磨用組成物で観測されたように、低い窒化ケイ素除去速度をもたらした。更に、本発明の組成物１Ｇ及び１Ｈは、１０ｍＭのリン酸水素カリウムを含有していた組成物１Ｆと比べて、それぞれ約２４％及び３６％大きい窒化ケイ素除去速度と約２１％及び４０％の窒化ケイ素／酸化ケイ素選択率の増加を示した。これらの結果は、本発明の研磨用組成物により示された改善された窒化ケイ素除去速度及び改善された窒化ケイ素対酸化ケイ素選択率を実証している。

〔例２〕
この例は、窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材の研磨に及ぼす、縮合重合シリカを含む研磨用組成物中に本発明の窒化物増進剤が存在することの効果を説明する。

６つの異なる研磨用組成物を使用して、同様の窒化ケイ素層及び二酸化ケイ素層を別々に化学機械研磨した（組成物２Ａ−２Ｆ）。研磨用組成物のおのおのは、水中に３〜４のｐＨで、５ｗｔ％の縮合重合シリカ（２５ｎｍという一次粒径をもつ、ＦｕｓｏＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙのＰＬ−２製品）を含んでいた。組成物２Ａ（対照）は、更なる成分を含有していなかった。組成物２Ｂ（本発明）は、１０ｍＭのマンデル酸を更に含有していた。組成物２Ｃ（本発明）は、１０ｍＭのフタル酸を更に含有していた。組成物２Ｄ（本発明）は、５ｍＭのマンデル酸と５ｍＭのフタル酸を更に含有していた。組成物２Ｅ（本発明）は、１０ｍＭの尿酸を更に含有していた。組成物２Ｆ（本発明）は、０．３３ｍＭのスズ酸カリウムを更に含有していた。研磨用組成物の使用後に、窒化ケイ素除去速度（「窒化物ＲＲ」）及び二酸化ケイ素除去速度（「酸化物ＲＲ」）を測定し、選択率＝窒化物ＲＲ／酸化物ＲＲという式により定義される選択率を計算した。結果を表２に示す。

表２に示されている結果から明らかであるように、本発明の研磨用組成物のおのおのは、対照研磨用組成物が示した窒化ケイ素除去速度より約１．５〜２．５倍高い窒化ケイ素除去速度を示した。本発明の研磨用組成物のおのおのは更に、対照研磨用組成物が示した酸化ケイ素除去速度の約０．１３〜０．７５の酸化ケイ素除去速度を示した。その上、本発明の研磨用組成物のおのおのは、対照の研磨用組成物が示した窒化ケイ素／酸化ケイ素選択率の約２．３〜１２．６倍の窒化ケイ素／酸化ケイ素選択率を示した。これらの結果は、本発明の研磨用組成物が示す改善された窒化ケイ素除去速度及び改善された窒化ケイ素対酸化ケイ素選択率を実証している。

Claims

（ａ）研磨剤、
（ｂ）マロン酸０．１ｍＭ〜１０ｍＭ、
（ｃ）アミノカルボン酸０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、
（ｄ）硫酸イオン０．１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び
（ｅ）水、
を含む化学機械研磨用組成物であって、ｐＨが１〜６である化学機械研磨用組成物。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項１に記載の研磨用組成物。
縮合重合シリカが０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量で存在している、請求項２に記載の研磨用組成物。
アミノカルボン酸がグリシンである、請求項１に記載の研磨用組成物。
グリシンが１０ｍＭ〜３０ｍＭの濃度で存在する、請求項４に記載の研磨用組成物。
硫酸イオンが２．５ｍＭ〜２５ｍＭの濃度で存在する、請求項１に記載の研磨用組成物。
ｐＨが２〜４である、請求項１に記載の研磨用組成物。
研磨用パッド及び請求項１に記載の研磨用組成物を含む化学機械研磨用システム。
（ａ）研磨剤、
（ｂ）アリールジカルボン酸、フェニル酢酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される有機酸０．１ｍＭ〜２５ｍＭ、及び
（ｃ）水、
を含む化学機械研磨用組成物であって、ｐＨが１〜６である化学機械研磨用組成物。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項９に記載の研磨用組成物。
アリールジカルボン酸がフタル酸である、請求項９に記載の研磨用組成物。
フェニル酢酸がマンデル酸である、請求項９に記載の研磨用組成物。
有機酸がフタル酸とマンデル酸の組合せである、請求項９に記載の研磨用組成物。
ｐＨが２〜４である、請求項９に記載の研磨用組成物。
研磨用パッド及び請求項９に記載の研磨用組成物を含む化学機械研磨用システム。
（ａ）研磨剤、
（ｂ）スズ酸カリウム０．００１ｍＭ〜１００ｍＭ、及び
（ｃ）水、
を含む化学機械研磨用組成物であって、ｐＨが１〜６である化学機械研磨用組成物。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項１６に記載の研磨用組成物。
スズ酸カリウムが０．１ｍＭ〜１０ｍＭの濃度で存在する、請求項１６に記載の研磨用組成物。
ｐＨが２〜４である、請求項１６に記載の研磨用組成物。
研磨用パッド及び請求項１６に記載の研磨用組成物を含む化学機械研磨用システム。
（ａ）研磨剤、
（ｂ）尿酸０．００１ｗｔ％〜１ｗｔ％、及び
（ｃ）水、
を含む化学機械研磨用組成物であって、ｐＨが１〜６である化学機械研磨用組成物。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項２１に記載の研磨用組成物。
尿酸が０．０１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の量で存在する、請求項２１に記載の研磨用組成物。
ｐＨが２〜４である、請求項２１に記載の研磨用組成物。
研磨用パッド及び請求項２１に記載の研磨用組成物を含む化学機械研磨用システム。
基材を化学機械研磨する方法であって、
（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、研磨用パッド及び請求項１に記載の研磨用組成物と接触させること、
（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び
（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、
を含む化学機械研磨方法。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項２６に記載の方法。
縮合重合シリカが０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量で存在する、請求項２７に記載の方法。
アミノカルボン酸がグリシンである、請求項２６に記載の方法。
グリシンが１０ｍＭ〜３０ｍＭの濃度で存在する、請求項２９に記載の方法。
硫酸イオンが２．５ｍＭ〜２５ｍＭの濃度で存在する、請求項２６に記載の方法。
研磨用組成物のｐＨが２〜４である、請求項２６に記載の方法。
基材を化学機械研磨する方法であって、
（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、研磨用パッド及び請求項９に記載の研磨用組成物と接触させること、
（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び
（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、
を含む化学機械研磨方法。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項３３に記載の方法。
アリールジカルボン酸がフタル酸である、請求項３３に記載の方法。
フェニル酢酸がマンデル酸である、請求項３３に記載の方法。
有機酸がフタル酸とマンデル酸の組合せである、請求項３３に記載の方法。
研磨用組成物のｐＨが２〜４である、請求項３３に記載の方法。
基材を化学機械研磨する方法であって、
（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、研磨用パッド及び請求項１６に記載の研磨用組成物と接触させること、
（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び
（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、
を含む化学機械研磨方法。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項３９に記載の方法。
スズ酸カリウムが０．１ｍＭ〜１０ｍＭの濃度で存在する、請求項３９に記載の方法。
研磨用組成物のｐＨが２〜４である、請求項３９に記載の方法。
基材を化学機械研磨する方法であって、
（ｉ）窒化ケイ素及び酸化ケイ素を含む基材を、研磨用パッド及び請求項２１に記載の研磨用組成物と接触させること、
（ｉｉ）研磨用パッドを基材に対し相対的に移動させること、及び
（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩滅させて基材を研磨すること、
を含む化学機械研磨方法。
研磨剤が縮合重合シリカである、請求項４３に記載の方法。
尿酸が０．０１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の量で存在する、請求項４３に記載の方法。
研磨用組成物のｐＨが２〜４である、請求項４３に記載の方法。