JP4773370B2 - 酸化型の金属類の化学機械研磨 - Google Patents

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Description

本発明は、金属の化学機械研磨のための組成物及び方法に関し、特に酸化型の金属の化学機械研磨のための組成物及び方法に関する。
基板表面を平坦化又は研磨するための組成物及び方法は、本技術においてよく知られている。研磨組成物（研磨スラリーとしても知られている）は、通常は水性溶液中に研磨材料を含み、ある表面をスラリー組成物で飽和させた研磨パッドと接触させることによってその表面に適用される。典型的な研磨材料には、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及び酸化スズが含まれる。例えば、米国特許第５５２７４２３号では、高純度の金属酸化物微粒子を水性媒体中に含む研磨スラリーと表面を接触させることにより、金属層を化学的かつ機械的に研磨する方法が記載されており、代わりに研磨材料を研磨パッドの中に組み込んでもよい。米国特許第５４８９２３３号では、表面にテクスチャ又はパターンを有する研磨パッドの使用が開示されており、米国特許第５９５８７９４号では固定砥粒研磨パッドが開示されている。
従来の研磨システム及び研磨方法は、マイクロエレクトロニクスデバイスの平坦化において通常は完全に満足できるものではない。特に、研磨組成物及び研磨パッドは、望ましい研磨レートよりも低い研磨レートを有することがあり、マイクロエレクトロニクスデバイスの化学機械研磨にそれらを用いたために表面の品質が劣ることもある。マイクロエレクトロニクスデバイスの性能はその表面の平坦性に直接関係するため、高い研磨効率、均一性及び除去レートをもたらし、最小限の表面欠陥を伴う高品質の研磨が得られる研磨組成物及び方法を用いることが重要である。
マイクロエレクトロデバイス向けに効率的な研磨システムを作り出すことの困難さは、典型的なマイクロエレクトロデバイスの複雑さに起因する。半導体ウェーハや記憶デバイスのようなマイクロエレクトロデバイスは、通常はその上に複数のトランジスタが形成されている基板からなる。集積回路は、基板内の領域及び基板上の層をパターン化することにより化学的かつ物理的に基板内部に接続されている。動作可能な半導体ウェーハ又は記憶デバイスを作製し、ウェーハ又はデバイスの歩留、性能及び信頼性を最大にするためには、下にある構造又はトポグラフィに悪影響を及ぼさずにウェーハ又はデバイスの選択した表面を研磨することが望ましい。実際に、処理工程が十分に平坦化された表面上で行われない場合、半導体及び／又はメモリの作製において様々な問題が起こりうる。
チタン、窒化チタン、アルミニウム−銅、アルミニウム−シリコン、銅、タングステン、白金、白金−タングステン、白金−スズ、ルテニウム及びこれらの組み合わせを含む様々な金属及び合金が、デバイス間の電気的配線を形成するために使われてきた。貴金属は、それらが機械的に硬くて化学的に抵抗性があるために、化学機械研磨によって効率的にそれらを除去するのが困難であるという特別な問題を有している。
以下の特許及び特許出願公開は、貴金属のための研磨組成物を開示している。米国特許第５６９１２１９号では、貴金属導電層を含む半導体記憶デバイス及びその貴金属を研磨するためのハロ化合物を含む研磨組成物が開示されている。米国特許第６２７４０６３号では、化学エッチャント（例えば硝酸アルミニウム）、研磨粒子及び酸化剤を含む、ニッケル基板用の研磨組成物が開示されている。米国特許第６２９０７３６号では、研磨材と塩基性水溶液中のハロゲンを含む、貴金属用の化学的に活性な研磨組成物が開示されている。特開昭６３−９６５９９では金属ルテニウムを溶解する方法が開示されている。特開平１１−１２１４１１では、白金族系金属の酸化物微粒子を含む、白金族系金属（例えばＲｕ、Ｐｔ）用の研磨組成物が開示されている。特開平０１−２７０５１２では、過酸化水素、シアン化アルカリ及びリン酸イオン及び／又はホウ酸イオンを含む、貴金属用の溶解液が開示されている。国際公開００／７７１０７ Ａ１では、研磨材、液体キャリア、酸化剤、及びＥＤＴＡ、窒素含有大員環（例えばテトラアザシクロテトラデカン類）、クラウンエーテル、ハロゲン化物、シアン化物、クエン酸、ホスフィン類、及びホスホネートが含まれうる研磨添加剤を含む、貴金属（例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）用の研磨組成物が開示されている。国際公開０１／４４３９６ Ａ１では、硫黄含有化合物、研磨粒子、並びに研磨粒子の分散を改善し及び金属除去レートとその選択性を向上させるといわれている水溶性有機添加剤を含む、貴金属用の研磨組成物が開示されている。
前述の研磨組成物は金属（例えば貴金属）を所望のレートで研磨することは可能だが、酸化イリジウムのような酸化型の金属を研磨するのにはあまり効果的ではない。しかしながら、そのような酸化された金属を使用することはますます一般的になってきている。例えば、酸化された金属(すなわち酸化型の金属）は、集積回路、記憶デバイス（例えば強誘電性ランダム・アクセス・メモリー）、マイクロ・エレクトリカル・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）及びマイクロ・エレクトリカル・オプティカル・システム（ＭＥＯＳ）において使用されてきており、これからも引き続き使用される。より詳細には、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）は、ある種の強誘電性ランダム・アクセス・メモリー（ＦｅＲＡＭ）キャパシタのスキームにおいて、現在のところバリア／接着層として使用されている。このような用途が広まっているのにもかかわらず、酸化された金属（すなわち酸化型の金属）を含む基板を効果的かつ効率的に研磨するのに使用できる、商業的に入手可能な研磨システム及び既知の研磨方法はほとんどない。
従って、酸化型の金属を含む基板を研磨及び平坦化している最中に、所望の平坦化効率及び／又は除去レートを示す研磨システム及び研磨方法が依然として必要とされている。特に、化学的に安定で機械的に硬い酸化型の貴金属を含む基板を研磨するための、改良された研磨システム及び方法が必要とされている。本発明は、そのような研磨システム及び研磨方法を提供する。本発明のこれらの利点及び他の利点は、付加的な発明の特徴と併せてここで示す本発明の記載から明らかとなる。
本発明は酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法を提供する。その方法は、（ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、（ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、及び（ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る段階を含む。その化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、（ｉｉ）３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される還元剤、並びに（ｉｉｉ）液体キャリアを含む。
本発明はまた、酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法を提供する。その方法は、（ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、（ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、及び（ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る段階を含む。その化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、（ｉｉ）液体キャリア及びそこに溶解又は懸濁している構成要素の質量に対して０．１〜１質量％の還元剤であって、該還元剤が、３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、アスコルビン酸、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択されるもの、並びに（ｉｉｉ）該液体キャリアを含む。
本発明はさらに、酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法を提供する。その方法は、（ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、（ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、及び（ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る段階を含む。その化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、（ｉｉ）３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、酸化型の該金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される還元剤、並びに（ｉｉｉ）液体キャリアを含むが、該研磨システムは酸化剤を含まない。
最後に、本発明は酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法を提供する。その方法は、（ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、（ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、及び（ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る段階を含み、その化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素であって、該研磨構成要素がα−アルミナ及びヒュームドアルミナの混合物を含まないもの、（ｉｉ）３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、亜リン酸、酸化型の該金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される還元剤、並びに（ｉｉｉ）液体キャリアを含む。
本発明は酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法を提供し、その方法は、（ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、（ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、及び（ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る段階を含み、その化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、（ｉｉ）還元剤、及び（ｉｉｉ）液体キャリアを含む。
本発明の方法は、酸化型の金属を含む任意の適当な基板（例えば集積回路、メモリー又はリジッドディスク、金属、中間誘電体（ＩＬＤ）層、半導体、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、及び低又は高誘電率フィルム）を研磨するのに使用することができる。当然のことながら適当な基板は、酸化型の金属の少なくとも１層、及び金属、酸化型の異種金属、又は絶縁材料のような他の材料を含む他の層を含む構成で提供されてもよい。例えば基板は、金属酸化物、多孔質金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素化有機ポリマー、又はその他の適当なｈｉｇｈ−又はｌｏｗ−ｋ絶縁材料のような任意の適当な絶縁材料を含む絶縁層を含んでいてもよい。基板に絶縁層が存在する場合、その絶縁層は好ましくはシリコン系金属酸化物を含む。
ここで使われているように、「酸化型の金属」とは、その中の金属原子の少なくとも一部が元素金属よりも少ない電子を占有している（すなわち金属が化学的に酸化されている）任意の金属を意味している。金属は任意の適当な酸化型であってよい。適当な酸化型とは、酸化物、窒化物、ホウ化物、硫化物及びこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。酸化型の金属は任意の適当な分子式を有していてよい。例えば酸化型の金属が酸化物の場合、酸化型の金属は分子式ＭxＯyで表すことができ、ここでＭは金属を表し、ｙはｘ以上であって、ｙは酸化型の金属の最小分子単位における酸素原子数を表す整数であり、ｘは酸化型の金属の最小分子単位における金属原子数を表す整数である。
金属は任意の適当な金属であってよい。例えば、金属はタンタルであってよく、酸化型の金属は酸化タンタル（例えば五酸化タンタル）であってよい。好ましくは、金属は貴金属である。貴金属は任意の適当な貴金属であってよいが、好ましくは白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、金及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。最も好ましくは、貴金属がイリジウムであって、酸化型の金属が酸化イリジウム（ＩｒＯ2）である。
前記のように化学機械研磨システムは、研磨材、研磨パッド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素を含む。ここに記載する化学機械研磨システムは、望ましくは研磨材及び研磨パッドを含む。研磨材は任意の適当な形態（例えば研磨粒子）であってよい。研磨材は、研磨パッド上に固定されてもよく、及び／又は粒子状の形態で液体キャリア中に懸濁されてもよい。研磨パッドは任意の適当な研磨パッドであってよい。研磨材（液体キャリア中に懸濁された場合）及び還元剤、加えて液体キャリア中に懸濁された他の任意の構成要素は、化学機械研磨（例えばＣＭＰ）システムの研磨組成物を形成する。
研磨材は任意の適当な研磨材であってよい。例えば、研磨材は天然物又は合成物であってよく、ある種の硬いポリマー（例えばポリカーボネート）、ダイヤモンド（例えば多結晶ダイヤモンド）、ガーネット、ガラス、カーボランダム、金属酸化物、カーバイド、窒化物などを含んでもよい。研磨材は望ましくは金属酸化物を含む。適した金属酸化物は、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、ゲルマニア及びこれらが共形成した生成物、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される金属酸化物を含む。好ましくは、金属酸化物はアルミナ、シリカ、セリア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。より好ましくは、金属酸化物はシリカ、アルミナ（例えばヒュームドアルミナ又はα−アルミナ）、又はこれらの組み合わせを含む。最も好ましくは、金属酸化物はα−アルミナを含む。研磨材がα−アルミナを含む場合、研磨材はヒュームドアルミナのような他の形態のアルミナも含んでいてもよい。α−アルミナが存在する場合、α−アルミナは研磨材の任意の適当量（例えば研磨材の全質量に対して、研磨材の１質量％以上１００質量％以下）を構成してもよい。好ましくはα−アルミナは研磨材の全質量に対して、研磨材の６０質量％以上（例えば６５質量％以上、７０質量％以上、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上）を構成する。研磨粒子は通常２０ｎｍ〜５００ｎｍの平均粒径を有する。好ましくは、研磨粒子は７０ｎｍ〜３００ｎｍ（例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍ）の平均粒径を有する。
研磨材が化学機械研磨システムに存在し、かつ液体キャリア中に懸濁している場合（すなわち研磨材が研磨組成物の構成要素である場合）、任意の適当量の研磨材が研磨組成物中に存在していてもよい。典型的には０．１質量％以上（例えば０．５質量％以上、又は１質量％以上）の研磨材が研磨組成物中に存在しうる。研磨組成物中の研磨材量は、典型的には３０質量％を超えず、より典型的には２０質量％を超えない（例えば１０質量％を超えない）。
研磨材が研磨組成物中に懸濁している場合、研磨組成物は好ましくはコロイド的に安定である。「コロイド」とは液体キャリア中に研磨粒子が懸濁していることを意味する。「コロイド的な安定」とは、その懸濁が長い間維持されていることを意味する。本発明の文中においては、研磨材を１００ｍＬのメスシリンダーに入れ攪拌せずに２時間放置した場合に、メスシリンダーの下部５０ｍＬ中の粒子濃度（［Ｂ］ｇ／ｍＬ）とメスシリンダーの上部５０ｍＬ中の粒子濃度（［Ｔ］ｇ／ｍＬ）の差を研磨組成物中の初期粒子濃度（［Ｃ］ｇ／ｍＬ）で除したものが、０．５以下（すなわち｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）であれば、研磨材がコロイド的に安定とみなす。｛［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。
研磨組成物の平均粒径（例えば液体キャリア中に懸濁している研磨粒子の平均粒径）は、好ましくは研磨組成物の可使期間を通して本質的に変化しないことが好ましい。詳細には、研磨組成物の平均粒径は、研磨組成物の可使期間全体（例えば９０日以上、１８０日以上又は３６５日以上）を通して、好ましくは４０％未満（例えば３５％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、１５％未満又は１０％未満）増加する。
本発明の方法において使用される化学機械研磨システムは、任意の適当な還元剤を含んでもよい。例えば還元剤は、３−ヒドロキシ−４−ピロン類（例えば３−ヒドロキシ−２−メチル−４−ピロン）、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、アスコルビン酸、ボラン（ＢＨ3）、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン（例えばジメチルアミンボラン）、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素（Ｈ2）、ヒドロキノン類（例えばヒドロキノンスルホン酸）、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸（Ｈ3ＰＯ2）、亜リン酸（Ｈ3ＰＯ3）、酸化型の金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類（例えば１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、又は１，３，５−トリヒドロキシベンゼン）、溶媒和電子（例えば水和電子）、亜硫酸（Ｈ2ＳＯ3）及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択してもよい。還元性金属又は還元性金属イオンは、酸化型の金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する、任意の適当な金属又は金属イオンであってよい。適した還元性金属又は還元性金属イオンは、アルカリ土類金属、アルカリ金属、亜鉛、鉄、Ｆｅ2+イオン及びこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。さらに当然のことながら、還元性金属又は還元性金属イオンは、適当な錯形成剤（例えばエチレンジアミンテトラ酢酸又はプロピレンジアミンテトラ酢酸の塩）と会合していてもよい。ここで使われているように、「溶媒和電子」とは数個の配向した溶媒分子（例えば水分子）に囲まれた電子を意味する。溶媒和電子は、水の放射線分解（例えばγ線を使って）又は適当な溶質の光分解（例えばＦｅ（ＣＮ）6 4-又はＩ-）などの多くの異なる方法により生成させることができる。
好ましい実施態様においては、還元剤は、３−ヒドロキシ−４−ピロン類（例えば３−ヒドロキシ−２−メチル−４−ピロン）、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン（例えばジメチルアミンボラン）、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類（例えばヒドロキノンスルホン酸）、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類（例えば１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、又は１，３，５−トリヒドロキシベンゼン）、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される。他の好ましい実施態様においては、還元剤は、ジメチルアミンボラン、ギ酸、ヒドロキノン、ヒドロキノンスルホン酸、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類（例えば１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、又は１，３，５−トリヒドロキシベンゼン）及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される。その代わりに、化学機械研磨システムが液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁している構成要素の質量に対して還元剤を０．１〜１質量％含むような場合、還元剤は、３−ヒドロキシ−４−ピロン類（例えば３−ヒドロキシ−２−メチル−４−ピロン）、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、アスコルビン酸、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン（例えばジメチルアミンボラン）、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類（例えばヒドロキノンスルホン酸）、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類（例えば１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、又は１，３，５−トリヒドロキシベンゼン）、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択してもよい。化学機械研磨システムが酸化剤を含まない場合、還元剤は、３−ヒドロキシ−４−ピロン類（例えば３−ヒドロキシ−２−メチル−４−ピロン）、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン（例えばジメチルアミンボラン）、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類（例えばヒドロキノンスルホン酸）、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、酸化型の金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類（例えば１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、又は１，３，５−トリヒドロキシベンゼン）、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択してもよい。他の実施態様において、化学機械研磨システムの研磨構成要素がα−アルミナ及びヒュームドアルミナの混合物を含まないような場合、還元剤は、３−ヒドロキシ−４−ピロン類（例えば３−ヒドロキシ−２−メチル−４−ピロン）、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン（例えばジメチルアミンボラン）、ホルムアルデヒド、ギ酸、水素、ヒドロキノン類（例えばヒドロキノンスルホン酸）、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸、亜リン酸、酸化型の金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類（例えば１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、又は１，３，５−トリヒドロキシベンゼン）、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択してもよい。
基板を効果的に研磨するためには、還元剤の標準酸化還元電位は、酸化型の金属の標準酸化還元電位よりも低くなければならない。好ましくは、化学機械研磨システムの所定のｐＨにおいて、そのようなｐＨにおける還元剤の酸化還元電位は、そのようなｐＨにおける酸化型の金属の酸化還元電位よりも低い。
化学機械研磨システムは、任意の適当量の還元剤を含んでもよい。通常は、化学機械研磨システムは、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁している構成要素の質量に対して０．０１質量％以上（例えば０．０５質量％以上、又は０．１質量％以上）の還元剤を含む。化学機械研磨システムは通常、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁している構成要素の質量に対して１５質量％以下（例えば１２質量％以下、１０質量％以下、８質量％以下、又は５質量％以下）の還元剤を含む。好ましい実施態様においては、化学機械研磨システムは、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁している構成要素の質量に対して０．１〜５質量％、より好ましくは０．１〜１質量％、最も好ましくは０．１〜０．５質量％の還元剤を含む。
液体キャリアは、研磨材（研磨組成物中に存在する場合）、還元剤、及び他の任意の添加剤を、研磨又は平坦化されるのに適した基板表面に適用できるようにする目的で使用される。液体キャリアは、任意の適当な液体キャリアであってよい。液体キャリアは通常、水、水と適当な水混和性溶媒の混合物、又はエマルジョンである。好ましくは、液体キャリアは、水、より好ましくは脱イオン水を含むか、実質的には水、より好ましくは脱イオン水からなるか、又は水、より好ましくは脱イオン水からなる。
前述のように、本発明の方法において使用される化学機械研磨システムは、研磨構成要素、酸化型の金属（基板の一部である）の標準酸化還元電位より低い標準酸化還元電位を有する還元剤、及び液体キャリアを含む。還元剤が酸化型の金属と反応可能であることを確実とするために、化学機械研磨システムは好ましくは化学的酸化剤（例えば無機及び有機の過化合物（per-compounds）、臭素酸塩、硝酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩）を含まない。詳細には、化学機械研磨システムは、酸化型の金属の標準酸化還元電位及び／又は還元剤の標準酸化還元電位より大きい標準酸化還元電位を有する構成要素（例えば金属イオン又は化合物）を好ましくは含まない。より好ましくは、化学機械研磨システムの所定のｐＨにおいて、研磨システムは、そのようなｐＨにおける酸化型の金属の酸化還元電位及び／又はそのようなｐＨにおける還元剤の酸化還元電位より大きい酸化還元電位をそのようなｐＨにおいて有する構成要素を含まない。また、化学機械研磨システムは、化学機械研磨システムの可使期間中又は基板が研磨されている最中に、還元剤及び研磨システムの他の構成要素が互いに反応しない（すなわち還元剤及び他の構成要素が酸化／還元反応を受けない）ようにする目的で、速度論的に還元剤及び／又はそのような他の構成要素を安定化する１種以上の酸化還元安定剤をさらに含んでもよい。例えば、還元剤がＦｅ2+イオンを含む場合、化学機械研磨組成物は水及び溶解酸素をさらに含んでもよく、それらはＦｅ2+イオンと反応することができて水酸化第一鉄を生成し、そのことによって研磨システムの他の構成要素と反応することを防ぐ。他の実施態様においては、化学機械研磨組成物は、Ｆｅ2+イオンと相互作用して研磨システムの他の構成要素との反応を阻害又は抑制する錯体を生成する配位子を、代わりに又は追加で含んでもよい。
化学機械研磨システムは、必要に応じてさらにキレート剤又は錯形成剤を含む。錯形成剤は、除去される基材層の除去レートを向上させる任意の適当な化学的添加剤である。適したキレート剤又は錯形成剤は、例えば、カルボニル化合物（例えばアセチルアセトネートなど）、単純なカルボキシレート（例えばアセテート、アリールカルボキシレートなど）、１以上のヒドロキシル基を含むカルボキシレート(例えばグリコレート、ラクテート、グルコネート、没食子酸及びこれらの塩など）、ジ−、トリ−及びポリ−カルボキシレート（例えばオキサレート、フタレート、クエン酸エステル、コハク酸エステル、酒石酸エステル、リンゴ酸エステル、エデト酸エステル（例えばＥＤＴＡジカリウム塩）、これらの混合物など）、１以上のスルホン基及び／又はホスホン基を含むカルボキシレートなどを含んでもよい。適したキレート剤又は錯形成剤はまた、例えば、ジ−、トリ−、又はポリアルコール（例えばエチレングリコール、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸など）、及びアミン含有化合物（例えばアンモニア、アミノ酸、アミノアルコール、ジ−、トリ−、及びポリアミンなど）を含んでもよい。適したキレート剤又は錯形成剤の選択は、研磨される基材層の種類（例えば金属の種類）に左右される。当然のことながら、多くの前述の化合物は塩（例えば金属塩、アンモニウム塩など）、酸、又は部分塩の形態で存在していてもよい。例えばクエン酸エステルは、クエン酸に加えてそのモノ−、ジ−、及びトリ塩を含む。
化学機械研磨システムは、任意の適当なｐＨを有していてよい。化学機械研磨システムのｐＨは、還元剤及び酸化型の金属の両方の酸化還元電位に影響を及ぼしうる。従って化学機械研磨システムのｐＨは、還元剤の酸化還元電位と酸化型の金属の酸化還元電位との差が最大になるように選択することができ、そのことによって還元剤と酸化型の金属との反応を熱力学的に改善する。通常は、化学機械研磨システムは１３以下のｐＨを有している。好ましくは、化学機械研磨システムは７以下のｐＨ（例えば６以下、５以下又は４以下）を有している。通常は、化学機械研磨システムは１以上のｐＨ（例えば２以上）を有している。
化学機械研磨システムのｐＨは、任意の適当な手段によって実現及び／又は維持することができる。より詳細には、研磨組成物はさらにｐＨ調整剤、ｐＨバッファー剤またはこれらの組み合わせを含んでもよい。ｐＨ調整剤は、ｐＨを調整する任意の適当な化合物であってよい。例えば、ｐＨ調整剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム又はこれらの組み合わせであってよい。ｐＨバッファー剤は、任意の適当なバッファー剤であってよく、例えばリン酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などであってよい。ここに示した範囲内に研磨システムのｐＨを実現及び／又は維持するのに十分な量であれば、化学機械研磨システムはそのような任意の適当量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨバッファー剤を含んでもよい。
化学機械研磨システムは、必要に応じてさらに界面活性剤を含む。適した界面活性剤は、例えばカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、これらの混合物などを含んでもよい。好ましくは、研磨システムは非イオン性界面活性剤を含む。適した非イオン性界面活性剤の一例は、エチレンジアミン−ポリオキシエチレン界面活性剤である。界面活性剤の量は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁している構成要素の質量に対して通常０．０００１質量％〜１質量％（好ましくは０．００１質量％〜０．１質量％、又は０．００５質量％〜０．０５質量％）である。
化学機械研磨システムは、必要に応じてさらに消泡剤を含む。消泡剤は任意の適当な消泡剤であってよい。適した消泡剤には、シリコン系及びアセチレンジオール系の消泡剤を含まれるが、これらに限定されない。研磨組成物中に存在する消泡剤の量は、通常４０ｐｐｍ〜１４０ｐｐｍである。
化学機械研磨システムは、必要に応じてさらに殺生剤を含む。殺生剤は任意の適当な殺生剤であってよく、例えばイソチアゾリノン殺生剤であってよい。研磨組成物中に使用される殺生剤の量は、通常１〜５０ｐｐｍであり、好ましくは１０〜２０ｐｐｍである。
以下の実施例は本発明をさらに説明するものであるが、当然のことながら決して発明の範囲を限定するものとみなしてはならない。
例１：この実施例は、本発明の方法により示された、酸化型の金属の研磨レートが向上したことを説明するものである。酸化イリジウム（ＩｒＯ2）を含む同様の複数の基板を、７種の異なる化学機械研磨システム（研磨システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ及び１Ｇ）を使用して研磨した。研磨システム１Ａ〜１Ｇはそれぞれ、α−アルミナ６０％とヒュームドアルミナ４０％の混合物を含むアルミナ研磨材を３質量％、研磨システムのｐＨを３に調整するのに十分な量のＫＯＨ又は硝酸、及び水を含んでいた。研磨システム１Ａ（比較）は、還元剤を含まなかった。研磨システム１Ｂ（本発明）は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対して亜リン酸（Ｈ3ＰＯ3）をおよそ１質量％含んでいた。研磨システム１Ｃ（本発明）は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対して次亜リン酸（Ｈ3ＰＯ2）をおよそ１質量％含んでいた。研磨システム１Ｄ（本発明）は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対してアスコルビン酸をおよそ１質量％含んでいた。研磨システム１Ｅ（本発明）は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対してギ酸をおよそ１質量％含んでいた。研磨システム１Ｆ（本発明）は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対してピロガロール（すなわち１，２，３−トリヒドロキシベンゼン）をおよそ１質量％含んでいた。研磨システム１Ｇ（本発明）は、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対してヒドロキノンスルホン酸をおよそ１質量％含んでいた。酸化イリジウムの除去レートの値（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について測定した。結果を表１にまとめて示す。
Figure 0004773370
これらの結果から説明されることは、本発明の方法が、研磨システムに還元剤が含まれない同様の方法と比較して、酸化型の金属について高い除去レートを示すことである。特に、研磨システム１Ｂ〜１Ｇを使用した方法はそれぞれ、還元剤を含まない研磨システム（すなわち研磨システム１Ａ）を使用した同様の方法における除去レートと比べて、少なくとも４００％より大きい酸化イリジウム除去レートを示した。実際に、研磨システム１Ｂ及び１Ｃを使用した方法はそれぞれ、研磨システム１Ａを使用した方法の除去レートと比べておよそ９００％より大きい酸化イリジウム除去レートを示した。
例２：この実施例は、本発明の方法により示された、酸化型の金属の研磨レートが向上したことを説明するものである。酸化イリジウム（ＩｒＯ2）を含む同様の複数の基板を、４種の異なる化学機械研磨システム（研磨システム２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄ）を使用して研磨した。研磨システム２Ｂ〜２Ｄはそれぞれ、液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対してアスコルビン酸１質量％、研磨システムのｐＨを３に調整するのに十分な量のＫＯＨ又は硝酸、及び水を含んでいた。研磨システム２Ａ（比較）は、α−アルミナ６０％とヒュームドアルミナ４０％の混合物を含む研磨材をおよそ３質量％含んでいたが、アスコルビン酸は含まなかった。研磨システム２Ｂ（本発明）は、シリカ研磨材をおよそ８質量％含んでいた。研磨システム２Ｃ（本発明）は、ヒュームドアルミナ研磨材をおよそ８質量％含んでいた。研磨システム２Ｄ（本発明）は、α−アルミナ６０％とヒュームドアルミナ４０％の混合物を含む研磨材をおよそ３質量％含んでいた。酸化イリジウムの除去レートの値（Å／分）を、それぞれの研磨組成物について測定した。結果を表２にまとめて示す。
Figure 0004773370
これらの結果から説明されることは、本発明の方法が、研磨システムに還元剤が含まれない同様の方法と比較して、酸化型の金属について高い除去レートを示したことである。特に、研磨システム２Ｂ〜２Ｄを使用した方法はそれぞれ、還元剤を含まない研磨システム（すなわち研磨システム２Ａ）を使用した同様の方法における除去レートと比べて、少なくとも１２００％より大きい酸化イリジウム除去レートを示した。これらの結果からさらに説明されることは、化学機械研磨システム中に含まれる研磨材の違いが、その方法の研磨レートに影響を与えうることである。例えば、研磨システム２Ｃ及び２Ｄを使用した方法により示される酸化イリジウム除去レートを比較すると、ヒュームドアルミナのみを含む研磨システムと比べてより高いレートで同様の基板を研磨するために、α−アルミナを含む研磨システムを使用できることが明らかである。
発明者らの知っている本発明を実施するためのベストモードを含む、本発明の好ましい実施態様をここに記載した。これらの好ましい実施態様を変形させることは、前述の記載を読むことにより本技術分野の当業者にとって明白でありうる。発明者らは当業者がこのような変形を必要に応じて使用することを予期し、及び発明者らは本発明がここに詳細に記載したもの以外に実施されることを企図している。従って本発明は、適用される法律により許容されるような、ここに添付した特許請求の範囲に列挙されている対象の全ての変更及び全ての均等物を含む。その上、これら全ての可能な変形において、ここに特段示さない限り又は文脈に明らかに矛盾しない限り、前述の要素の任意の組み合わせは本発明に包含される。

Claims (23)

  1. 酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法であって、該方法が
    （ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、ここで、前記金属が、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、金及びこれらの組み合わせからなる群から選択される貴金属であり、
    （ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、該化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、
    （ｉｉ）３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、水素、ヒドロキノン類、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される還元剤、並びに
    （ｉｉｉ）液体キャリア
    を含み、並びに
    （ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る
    段階を含む方法。
  2. 前記酸化型が、酸化物、窒化物、ホウ化物、硫化物及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記酸化型が酸化物であり、酸化型の前記金属がＭｘＯｙの分子式を有していて、Ｍが前記金属を表し、かつｘ及びｙが整数を表していてｙがｘ以上である、請求項２に記載の方法。
  4. 酸化型の前記金属が酸化イリジウムである、請求項１に記載の方法。
  5. 前記還元剤が、ジメチルアミンボラン、ヒドロキノン、ヒドロキノンスルホン酸、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
  6. 前記化学機械研磨システムが前記液体キャリア中に懸濁した研磨材を含み、該研磨材が、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、ゲルマニア及びこれらが共形成した生成物、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される金属酸化物を含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記研磨材が、シリカ、ヒュームドアルミナ、又はこれらの組み合わせを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記研磨材が、α−アルミナを含む、請求項６に記載の方法。
  9. 前記化学機械研磨システムが、前記液体キャリア中に懸濁した研磨材を含み、該研磨材が、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、ゲルマニア及びこれらが共形成した生成物、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される金属酸化物を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記研磨材が、シリカ、ヒュームドアルミナ、又はこれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記研磨材がα−アルミナを含む、請求項９に記載の方法。
  12. 前記化学機械研磨システムが、前記液体キャリア中に懸濁した研磨材を含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記還元剤が、ジメチルアミンボラン、ヒドロキノン、ヒドロキノンスルホン酸、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  14. 前記化学機械研磨システムが、前記液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対して０．１〜５質量％の還元剤を含む、請求項１に記載の方法。
  15. 前記化学機械研磨システムが研磨材を含み、該研磨材が研磨パッドに固定されている、請求項１に記載の方法。
  16. 前記液体キャリアが水を含む、請求項１に記載の方法。
  17. 前記化学機械研磨システムがさらに錯形成剤を含む、請求項１に記載の方法。
  18. 前記化学機械研磨システムがさらにｐＨバッファー剤を含む、請求項１に記載の方法。
  19. 前記化学機械研磨システムがさらに界面活性剤を含む、請求項１に記載の方法。
  20. 酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法であって、該方法が、
    （ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、ここで、前記金属が、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、金及びこれらの組み合わせからなる群から選択される貴金属であり、
    （ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、該化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、
    （ｉｉ）液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対して０．１〜１質量％の還元剤であって、該還元剤が、３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、アスコルビン酸、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、水素、ヒドロキノン類、次亜リン酸、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択されるもの、並びに
    （ｉｉｉ）該液体キャリア
    を含み、並びに
    （ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る
    段階を含む方法。
  21. 前記化学機械研磨システムが、前記液体キャリア及びその中に溶解又は懸濁した構成要素の質量に対して０．１〜０．５質量％の還元剤を含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法であって、該方法が、
    （ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、ここで、前記金属が、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、金及びこれらの組み合わせからなる群から選択される貴金属であり、
    （ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、該化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素、
    （ｉｉ）３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、水素、ヒドロキノン類、次亜リン酸、酸化型の該金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される還元剤、並びに
    （ｉｉｉ）液体キャリア
    を含むが、該研磨システムは酸化剤を含まず、並びに
    （ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る
    段階を含む方法。
  23. 酸化型の金属を含む基板を研磨するための方法であって、該方法が、
    （ａ）酸化型の金属を含む基板を提供し、ここで、前記金属が、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、金及びこれらの組み合わせからなる群から選択される貴金属であり、
    （ｂ）該基板の一部を化学機械研磨システムと接触させ、該化学機械研磨システムは、（ｉ）研磨材、研磨パッド及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨構成要素であって、該研磨構成要素がα−アルミナとヒュームドアルミナの混合物を含まないもの、
    （ｉｉ）３−ヒドロキシ−４−ピロン類、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類、ボラン、水素化ホウ素類、ジアルキルアミンボラン、水素、ヒドロキノン類、次亜リン酸、亜リン酸、酸化型の該金属の標準酸化還元電位よりも低い標準酸化還元電位を有する金属又は酸化状態の金属イオン、トリヒドロキシベンゼン類、溶媒和電子、亜硫酸及びこれらの塩、並びにこれらの混合物からなる群から選択される還元剤、並びに
    （ｉｉｉ）液体キャリア
    を含み、並びに
    （ｃ）該基板を研磨するために酸化型の該金属の少なくとも一部を薄く削る
    段階を含む方法。
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