特許 6879995 誘電体基板を加工するための方法及び組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6879995

(24)【登録日】2021年5月7日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】誘電体基板を加工するための方法及び組成物

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20210524BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20210524BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 621D

   H01L21/304 622D

   H01L21/304 622X

   B24B37/00 H

   C09K3/14 550D

   C09K3/14 550Z

【請求項の数】19

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2018-501206(P2018-501206)

(86)(22)【出願日】2016年7月12日

(65)【公表番号】特表2018-529219(P2018-529219A)

(43)【公表日】2018年10月4日

(86)【国際出願番号】US2016041887

(87)【国際公開番号】WO2017011451

(87)【国際公開日】20170119

【審査請求日】2019年6月18日

(31)【優先権主張番号】62/191,824

(32)【優先日】2015年7月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500397411

【氏名又は名称】シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100210697

【弁理士】

【氏名又は名称】日浅 里美

(72)【発明者】

【氏名】ラム ベト

(72)【発明者】

【氏名】ツイ チー

【審査官】 中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００６−５２０５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５７３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９７０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６９７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５１６４７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ３７／００

Ｃ０９Ｋ ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の誘電体含有表面を研磨する方法であって：
パターン誘電体材料において、前記誘電体材料の隆起部と前記誘電体材料のトレンチ部とを含んでいて、前記隆起部の高さと前記トレンチ部の高さとの間の差が段差高さである、前記パターン誘電体材料を含む表面を含む基板を付与し、前記基板の初期段差高さが少なくとも１０００オングストロームであることと、
研磨パッドを付与することと、
以下を含む化学機械研磨組成物：
水性媒体；
前記水性媒体に分散された研削粒子、及び
式：

【化1】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸；
を付与することと、
スラリーが７未満のｐＨを有していて、
前記基板を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物と接触させることと；
前記基板に対して前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を移動させて、前記基板の表面におけるシリコン酸化物層の少なくとも一部分を研削して、前記基板を研磨し、研磨された前記基板の平坦化効率が少なくとも２．０であることと
を含む、前記方法。

【請求項2】

Ｒが、２−ヒドロキシフェニル、Ｃ_１〜Ｃ_５分岐もしくは直鎖アルキル−置換フェニル、またはＣ_１〜Ｃ_５分岐もしくは直鎖アルキル基である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、サリチルヒドロキサム酸：

【化2】

である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、５〜３，０００ｐｐｍの濃度で前記研磨組成物に存在する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記パターン誘電体が、シリコン酸化物、テトラエトキシシラン、リンケイ酸ガラス、またはホウリンケイ酸ガラスから選択される誘電体材料からなる、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記パターン誘電体が、少なくとも１０００オングストロームの初期段差高さを含み、
前記方法が、前記段差高さを９００オングストローム未満に低減して、平坦化された（ブランケット）誘電体の領域を生じさせることを含み、
前記平坦化された（ブランケット）誘電体の除去率が、１分当たり５００オングストローム未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記隆起部から少なくとも１０，０００オングストロームの誘電体材料を除去することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物であって：
水性媒体と、
前記水性媒体に分散された研削粒子と、
式：

【化3】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸と
を含み、
前記組成物が７未満のｐＨを有し、かつ、０．００１重量％以下の金属不動態化剤を含有し、
前記金属不動態化剤が一般式（ＩＩ）：Ｚ−Ｘ^２（Ｙ^２Ｒ^５）（Ｙ^３Ｒ^６）；
式中、Ｚは、ＮＨ_２またはＯＨであり；Ｘ^２は、Ｐ＝ＯまたはＣであり；
Ｙ^２及びＹ^３は、それぞれ、独立して、Ｎ、ＮＨ、もしくはＯであり；Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ、独立して、Ｒ^７−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−であり、ここで、Ｒ^７は、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル、フェニル、もしくはＣ_１〜Ｃ_２０−アルキル−置換フェニルであり、「ｎ」は、２〜１０００の範囲の平均値を有し、または、
Ｙ^２及びＹ^３は、それぞれ、独立して、ＮもしくはＮＨであり、Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ、独立して、Ｎ、ＮＨ、もしくはＣＨであり、Ｘ^２、Ｙ^２及びＹ^３と一緒に５員環複素環を形成する；を有する化合物である、前記組成物。

【請求項9】

前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、サリチルヒドロキサム酸：

【化4】

である、請求項８に記載の組成物。

【請求項10】

前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、５〜３，０００ｐｐｍの濃度で前記研磨組成物に存在する、請求項８に記載の組成物。

【請求項11】

前記研削粒子が、研削粒子合計重量基準で少なくとも９９重量％のセリア、ジルコニア、シリカ、チタニア、またはこれらの混合物を含有する、請求項８に記載の組成物。

【請求項12】

前記研削粒子が、湿式プロセスセリア粒子、焼成セリア粒子、金属ドープセリア粒子、ジルコニア粒子、金属ドープジルコニア粒子、またはこれらの組み合わせである、請求項８に記載の組成物。

【請求項13】

前記研削粒子が、４０〜１００ナノメートルのメジアン粒径を有する湿式プロセスセリア粒子であり、０．００５重量％〜２重量％の濃度で前記研磨組成物に存在し、少なくとも３００ナノメートルの粒径分布を有する、請求項８に記載の組成物。

【請求項14】

前記研削粒子が、０．１重量％〜０．５重量％の濃度で前記研磨組成物に存在する、請求項８に記載の組成物。

【請求項15】

ｐＨ調整剤を含み、ｐＨが１〜６である、請求項８に記載の組成物。

【請求項16】

誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物であって：
水性媒体と、
前記水性媒体に分散されたセリアまたはセリア含有粒子と、
式：

【化5】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸と
を含み、
前記組成物が７未満のｐＨを有し、かつ、０．００１重量％以下の金属不動態化剤を含有し、
前記金属不動態化剤が一般式（ＩＩ）：Ｚ−Ｘ^２（Ｙ^２Ｒ^５）（Ｙ^３Ｒ^６）；
式中、Ｚは、ＮＨ_２またはＯＨであり；Ｘ^２は、Ｐ＝ＯまたはＣであり；
Ｙ^２及びＹ^３は、それぞれ、独立して、Ｎ、ＮＨ、もしくはＯであり；Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ、独立して、Ｒ^７−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−であり、ここで、Ｒ^７は、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル、フェニル、もしくはＣ_１〜Ｃ_２０−アルキル−置換フェニルであり、「ｎ」は、２〜１０００の範囲の平均値を有し、または、
Ｙ^２及びＹ^３は、それぞれ、独立して、ＮもしくはＮＨであり、Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ、独立して、Ｎ、ＮＨ、もしくはＣＨであり、Ｘ^２、Ｙ^２及びＹ^３と一緒に５員環複素環を形成する；を有する化合物である、前記組成物。

【請求項17】

前記セリアまたはセリア含有粒子が、純粋なセリア、金属ドープセリア、焼成セリア、湿式プロセスセリア及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１６に記載の組成物。

【請求項18】

前記セリアまたはセリア含有粒子が、１０〜２００ｎｍの範囲のＤ５０と、１００〜５００ｎｍの範囲の粒径分布とを有する、請求項１６に記載の組成物。

【請求項19】

１０〜１０，０００ｐｐｍのピコリン酸を含む、請求項１６に記載の組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パターン誘電体材料を含有する基板を、研磨組成物（「スラリー」として知られている）及び研削パッドを使用して加工（研磨または平坦化）する、例えば、ＣＭＰ加工のための材料及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ電子デバイスを製作するプロセスでは、導電性材料、半導体材料及び誘電体材料の複数の層が基板の表面上に段階的に堆積される。これらの層の部分は除去されて、続いて、全てがかなり正確に、材料を選択的に添加及び除去することによってさらに加工される。層が基板上に堆積され次いでそこから除去されるにしたがい、基板の最上面が非平面状になり得る。さらなる材料を添加する前に、非平面状表面が、いくつかの場合において「平坦化」によって加工されて、その後の層及び加工のために平坦な表面を生じる。

【0003】

非平面状表面の平坦化または研磨は、非平面状表面の材料を除去して、高度に平面状の表面を残すプロセスである。平坦化は、望ましくない表面トポグラフィ、例えば、粗い（不均一）表面、または欠陥、例えば、造粒物、結晶格子損傷、スクラッチ、または汚染された層もしくは材料を除去するのに有用である。１つの特定の使用において、平坦化は、堆積された層が不均一表面を示すときに、下層またはホールのフィーチャ、例えば、チャネルまたはホールを充填するように基板表面上に堆積された過剰の材料を除去する。

【0004】

化学機械平坦化、または化学機械研磨（ＣＭＰ）は、マイクロデバイス製作において基板を平坦化するための確立された商業的技術である。ＣＭＰは、ＣＭＰ組成物、代替的には研磨組成物、研磨スラリー、またはまさにスラリーとして知られている液体化学組成物をＣＭＰパッドと併用して、非平面状の基板表面から材料を機械的及び化学的に除去する。スラリーは、典型的には、基板の表面をスラリーが適用されたＣＭＰ研磨パッドと接触させることによって、基板に適用され得る。材料は、典型的には、スラリーに含有される研削材料の機械的活性とスラリーの化学材料の化学的活性との組み合わせによって、基板表面から除去される。

【0005】

マイクロ電子デバイスのサイズを低減するという不変の目的を進展させるために、デバイスを作り上げる要素は、より小さくなければならず、また、さらにより近くに一緒に位置付けられていなければならない。回路間の電気的アイソレーションは、最適な半導体性能を確保するために重要であるが、デバイスが小さくなるほどますます困難になる。この目的で、種々の製作方法が、浅いトレンチを半導体基板内にエッチングし、次いで、該トレンチを絶縁材料で充填することにより、集積回路の近隣の活性領域をアイソレートすることを含んでいる。かかるプロセスの一例は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）と称される。これは、半導体層を基板に形成し、浅いトレンチをエッチングまたはフォトリソグラフィを介して半導体層に形成し、誘電体材料をエッチング表面上に堆積させてトレンチを充填するプロセスである。

【0006】

トレンチの完全な充填を確保するために、過剰量の誘電体材料がエッチング表面上に堆積される。堆積された誘電体材料（例えば、シリコン酸化物）は、トレンチにおけるものを含めた、下層の半導体基板のトポグラフィに追随する。そのため、誘電体材料が置かれた後、堆積された誘電体材料の表面は、誘電体材料においてトレンチによって離されている、誘電体材料の隆起部の不均一な組み合わせによって特徴付けられており、誘電体材料の隆起部及びトレンチが、下層の表面の対応する隆起部及びトレンチと合致している。隆起した誘電体材料及びトレンチを含む基板表面の領域は、基板のパターンフィールド、例えば、「パターン材料」、「パターン酸化物」、「パターン誘電体」などと称される。この領域は、トレンチ高さに対する誘電体材料の隆起部の高さの差である「段差高さ」によって特徴付けられる。

【0007】

隆起部を作り上げる過剰の誘電体材料は、平面状表面を製造するＣＭＰプロセスによって除去される。隆起部の材料を除去する際、ある量のトレンチの材料も除去される。このトレンチからの材料の除去は、「トレンチ損失」と称される。有用なプロセスにおいて、トレンチからの材料の除去率は、隆起部からの除去率よりもかなり低い。そのため、（トレンチから除去される材料と比較してより高速で）隆起部の材料が除去されるにつれ、パターン誘電体は、加工された基板表面の「ブランケット」領域、例えば、「ブランケット誘電体」または「ブランケット酸化物」と称され得る高度に平坦化された表面となる。

【0008】

パターン誘電体材料を除去するための化学機械研磨プロセスは、種々の研磨率（すなわち、除去率）、トレンチ損失、平坦化効率、及び高度に望ましい「自己停止」挙動特性を含めた性能パラメータによって特徴付けられ得る。

【0009】

トレンチ損失は、初期段差高さを排除することによってパターン材料の平坦化を達成する際にトレンチから除去される材料の量（例えば、オングストローム（Å）での厚さ）である。トレンチ損失は、初期トレンチ厚さ−最終トレンチ厚さとして算出される。

【0010】

除去率は、基板の表面からの材料の除去率を指し、時間の単位当たりの長さ（厚さ）の単位（例えば、オングストローム（Å）／分）で通常表される。基板の異なる領域、または研磨工程の異なる段階に関しての異なる除去率は、プロセス性能を評価する際に重要であり得る。「パターン除去率」は、基板が相当な段差高さを示す間のプロセス段階におけるパターン誘電体の隆起部からの誘電体材料の除去率である。「ブランケット除去率」は、段差高さが有意に（例えば、本質的に全体に）低減されたときの、研磨工程の終わりの平坦化された（すなわち、「ブランケット」）誘電体材料からの誘電体材料の除去率である。

【0011】

平坦化効率は、平面状表面を得る際の、段差高さの低減当たりに生じるトレンチ損失、すなわち、トレンチ損失によって除算された段差高さの低減に関する。

【0012】

（例えば、ＳＴＩプロセスの）種々の誘電体研磨工程において、パターン誘電体の除去率は、典型的には、プロセス全体の律速因子である。そのため、パターン誘電体の除去率（「パターン除去率」）が高いことが、スループットを増加させるために望ましい。比較的低いトレンチ損失の形態での良好な効率もまた非常に重要である。さらに、平坦化を達成した後に誘電体の除去率（すなわち、「ブランケット除去率」）が高いままであると、過度の研磨が生じ、結果として、余分なトレンチ損失を生じさせる。

【0013】

ある特定の特に固有の有利なプロセスにおいて、過度の研磨及び関連するトレンチ損失は、ブランケット除去率が特に低いときに回避され得る。関係する高度に望ましい性能特性は、「自己停止」挙動と称される。自己停止挙動は、特に、高いパターン除去率も含めるプロセスにおいては、高度に非一般的なプロセス特徴である。自己停止プロセスにおいて、トポグラフィ厚（例えば、隆起部分）の大部分が除去されたとき、除去率は劇的に減少する。自己停止挙動では、除去率は、有意な段差高さが基板表面で存在する間は有効に高いが、表面が有効に平面状になると極めて低くなる。

【0014】

自己停止スラリーの利点は、広範な終点ウィンドウを生じさせる低減されたブランケット除去率から結果として得られる。一実用効果として、自己停止挙動は、低減された誘電体膜厚を有する基板の加工を可能にして、低減された量の材料を構造化された下層の上に堆積させることを可能にし得る。また、終点検出の必要性が排除され得、平坦化がより効率的になり得る。基板は、過度の研磨、または平坦化後の誘電体の不必要な除去を回避することによって、より低いトレンチ損失で研磨され得る。

【0015】

パターン誘電体材料（例えば、シリコン酸化物）を含有する基板を加工するためのものを含めた、ＣＭＰ組成物ならびに化学機械平坦化及び研磨のプロセスにおいて、継続的な改善の必要性が存在する。所望の組成物及び方法は、低減されたまたは低レベルのトレンチ損失により、改善された平坦化効率も付与しながらも、有用なまたは有利に高いパターン除去率でなされるべきである。高度に好ましい実施形態において、スラリー及びプロセスは、自己停止挙動を示すことができる。

【発明の概要】

【0016】

本明細書において、ＣＭＰ研磨組成物（「スラリー」として知られている）、ならびに、研磨組成物を使用して、パターン誘電体材料の領域を含む基板、すなわち、その表面の少なくとも一部分が隆起部及びトレンチを有している基板の表面を加工する（例えば、平坦化する、研磨する）ための方法を記載する。基板は、パターン誘電体部を含むいずれの基板であることもでき、例として、とりわけ、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリまたは剛体ディスク、層間誘電体（ＩＬＤ）デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスへの製作を経る基板が挙げられる。

【0017】

１つの例示的方法において、研磨組成物及び方法は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）または同様のプロセスを経た基板を平坦化または研磨するのに特によく適しており、これにより、誘電体材料、例えば、シリコン酸化物の連続層が、半導体材料、例えばシリコンの構造化された下層上にコーティングされる。

【0018】

本明細書のスラリー及びプロセスが特に有用である別のタイプの基板は、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイス基板である。３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイスの加工は、メモリ要素を三次元で構築することを含んでいるが、以前のフラッシュメモリ要素は、二次元のみで構築されていた。多くの他のマイクロ電子デバイスを作製するためのプロセスのように、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスを製作する工程は、誘電体材料を構造化された基板上にコーティングし、次いで、得られるパターン誘電体のある量を除去して誘電体材料を平坦化することを含むことができる。プロセスは、パターン誘電体を含む早期のタイプのデバイス用のプロセスに見られる、段差高さの低減、トレンチ損失、及び平坦化効率の因子を含む。しかし、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスを作製するプロセスについて新規である基板は、早期の基板のパターン誘電体材料には概して存在していなかった増加した段差高さを示す。

【0019】

３Ｄ ＮＡＮＤデバイス基板のパターン誘電体領域に存在する段差高さは、１または２ミクロン（すなわち、１０，０００または２０，０００オングストローム）を超える場合があり、これは、以前のパターン誘電体材料の段差高さよりもはるかに高い。段差高さが大きくなると、必然的に、かなり多量の誘電体材料が、平坦化された表面を製造するためにパターン誘電体から除去されなければならないということが要求される。パターン誘電体を除去する過去の工程は、低い５オングストロームから、高い約７，０００オングストロームまでの範囲の量の誘電体材料の除去を含んでいた。３Ｄ ＮＡＮＤデバイスでは、誘電体除去（平坦化または研磨）工程は、隆起部から、少なくとも１０，０００オングストローム、例えば、最大で２０，０００、３０，０００、もしくは４０，０００オングストロームまたはこれを超える誘電体材料を除去することが必要とされ得る。３Ｄ ＮＡＮＤ及び他のタイプのデバイスならびにこれらの製作プロセスが進展及び改善し続けるにつれて、この材料除去量が、さらにより高いレベル、例えば、最大で５０，０００オングストローム、７０，０００オングストローム以上に増加し得る。

【0020】

商業的製作プロセスの効率及びスループットのため、この増加した量の誘電体材料を除去するのに必要とされる時間を拡大することができない。商業プロセスにおいてこの誘電体材料を除去するのに必要とされる工程は、３分を超えて要するべきではなく、例えば、２分未満、最も好ましくは１分未満を要するべきである。また、誘電体材料を除去する工程は、非実用量のトレンチ損失を含まずに、良好な平坦化効率を達成しなければならない。

【0021】

基板は、表面にパターン誘電体領域を含むことができ、パターン誘電体でない他の領域またはフィールドを任意選択的に含有していてよい。好ましい方法において、表面は、金属（例えば、タングステン、アルミニウム、銀、銅）を含有せず、または、例えば、全表面積を基準にして５０パーセント未満の少量を超えない金属、好ましくは、全表面積を基準にして３０、２０、１０、５、または１パーセント未満の金属を含有する。

【0022】

研磨組成物は、液体担体、ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸、液体担体に分散された研削粒子を含み、他の化学材料、添加剤、または少量成分、例えば、界面活性剤、触媒、酸化剤、抑制剤、ｐＨ調整剤を、とりわけ、任意選択的に含んでいてもよい。スラリーは、約７未満であるｐＨを有する。

【0023】

ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸は、式：

【化1】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；を有する。用語「アルキル」は、本明細書において使用されているとき、分岐または直鎖状の非置換炭化水素基を称し、飽和基を一般に称するが、低い不飽和度（例えば、単一の炭素−炭素二重結合、または２つの炭素−炭素二重結合）を許容する。「置換」基は、炭素結合した水素が、非水素原子、例えば、ハロゲン化物によって、または官能基、例えば、アミン、水酸化物などによって置き換えられている基を称する。

【0024】

好ましい研磨組成物は、パターン誘電体の領域を含有するＣＭＰ基板を加工するのに使用され得る。好ましいスラリー及びプロセスは、高いパターン誘電体材料除去率、低いトレンチ損失、及び高い平坦化効率を結果として生じさせ得る。いくつかの特に好ましいスラリー及びプロセスもまた、自己停止挙動を示す。

【0025】

一態様において、本発明は、基板の誘電体含有表面を研磨する方法に関する。該方法は、パターン誘電体材料において、該誘電体材料の隆起部と該誘電体材料のトレンチ部とを有しており、隆起部の高さとトレンチ部の高さとの間の差が段差高さである、該誘電体材料を含む表面を有する基板を付与することと；研磨パッドを付与することと；水性媒体、水性媒体に分散された研削粒子、及び
式：

【化2】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸を含む化学機械研磨組成物を付与することとを含む。スラリーは、約７未満のｐＨを有する。上記方法は、基板を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させることと；基板に対して研磨パッド及び化学機械研磨組成物を移動させて、基板の表面におけるシリコン酸化物層の少なくとも一部分を研削して、基板を研磨することとをさらに含む。

【0026】

別の態様において、本発明は、誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物に関する。該組成物は、水性媒体と、水性媒体に分散された研削粒子と、式：

【化3】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸とを含む。スラリーは、約７未満のｐＨを有する。

【0027】

なお別の態様において、本発明は、誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物であって、水性媒体と、水性媒体に分散されたセリアまたはセリア含有粒子と、式：

【化4】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸とを含む、上記組成物に関する。スラリーは、約７未満のｐＨを有する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本記載による有用な例示基板の断面図を示す（ノンスケールである）。

【図2】本発明及び比較（必ずしも先行技術ではないが）スラリーの性能特徴を示す。

【図3】本発明及び比較（必ずしも先行技術ではないが）スラリーの性能特徴を示す。

【図4】本発明及び比較（必ずしも先行技術ではないが）スラリーの性能特徴を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

「研磨スラリー」、「研磨組成物」、「スラリー」などとして知られていて、基板の誘電体含有表面から誘電体材料を除去するのに有用であるＣＭＰ研磨組成物を以下に記載する。スラリーは、パターン誘電体材料の領域を含有する基板の表面を研磨または平坦化するのに有用である。好ましいスラリーは、高いパターン誘電体材料除去率でも実施されかつ低いトレンチ損失及び高い研磨効率を付与するプロセスを使用して、パターン誘電体材料を研磨または平坦化するのに有用であり得る。特に好ましい有利なスラリーは、自己停止挙動をさらに示すプロセスにおいて使用され得る。

【0030】

記載されているスラリーは、液体担体と、ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸と、液体担体に分散された研削粒子とを含む。スラリーは、他の化学材料、添加剤、または少量成分、例えば、界面活性剤、触媒、酸化剤、抑制剤、ｐＨ調整剤を、とりわけ、任意選択的に含んでいてもよい。

【0031】

ヒドロキサム酸及び置換ヒドロキサム酸は、式：

【化5】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、複素環式アルキル、アリール、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；によって記載される。用語「アルキル」は、本明細書において使用されているとき、分岐及び直鎖基を可能にし、飽和基（例えば、−Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）を概して称するが、低い不飽和度、例えば、１つの炭素−炭素二重結合、または２つの炭素−炭素二重結合を許容する。「置換」基は、炭素結合した水素が、非水素原子、例えば、ハロゲン化物によって、または官能基、例えば、アミン、水酸化物などによって置き換えられている基を称する。ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸は、遊離酸形態または塩などのいずれの化学形態で研磨組成物に含まれていてもよい。

【0032】

ある特定の実施形態において、ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸は、Ｒが２−ヒドロキシフェニル、Ｃ_１〜Ｃ_５分岐もしくは直鎖アルキル−置換フェニル、またはＣ_１〜Ｃ_５分岐もしくは直鎖アルキル（例えば、飽和）基である置換ヒドロキサム酸である。１つの好ましい置換ヒドロキサム酸は、サリチルヒドロキサム酸：

【化6】

である。

【0033】

ヒドロキサム酸、種々の置換ヒドロキサム酸、及びサリチルヒドロキサム酸は、ＣＭＰスラリー及びＣＭＰ加工に有用な形態（例えば、塩基または酸）及び純度で市販されている。サリチルヒドロキサム酸（ＳＨＡ）（ＳＨＡＭ、２−ヒドロキシベンゼンカルボヒドロキサム酸、２−ヒドロキシベンゾヒドロキサム酸、Ｎ，２−ジヒドロキシベンズアミドとして知られている）は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏ．ＬＬＣ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯから９９パーセント純度で市販されている。サリチルヒドロキサム酸は、環においてハロゲンまたはアミノ基によって置換されていてよく、ここで、ハロゲンは、塩素、臭素及びフッ素を含んでおり、アミノ基は、−ＮＲ_２置換を含んでおり、各Ｒは、独立してＨまたはＣ_１〜Ｃ_２アルキルである。

【0034】

ヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸は、所望のＣＭＰ加工性能を付与するのに有用ないずれの量でスラリーにおいて存在していてもよく、好ましい性能として、パターン誘電体の研磨のときの望ましくは高い誘電体除去率、望ましくは低いブランケット除去率、望ましくは低いトレンチ損失、望ましくは高い平坦化効率、ならびに高度に好ましいスラリー及びＣＭＰプロセスにおける自己停止性能が挙げられる。ある特定の例示的なスラリーは、約５〜約３，０００ｐｐｍ（ｐｐｍ）のヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸（すなわち、スラリー１リットル当たりの、慣習によるミリグラムのヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸）；例えば、約５０〜約２，０００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約１，５００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約１，２００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約１，０００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約７５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約６５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、約５００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、または約５００ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍを含むことができる。

【0035】

記載されているスラリーは、いずれの有用なタイプまたは量の研削粒子を含んでいてもよい。好ましいスラリーは、基板の非金属部分、例えば、パターン誘電体、例えば、基板表面のパターン酸化物領域を研磨するまたは平坦化するのに有効である粒子を含む。好ましい研削粒子の例として、セリア（例えば、ＣｅＯ_２）もしくはジルコニア（例えば、ＺｒＯ_２）、シリカ（種々の形態のいずれか）またはこれらの組み合わせの粒子が挙げられる。

【0036】

スラリーが研磨パターン誘電体において特に有用であり得るため、粒子は、金属、例えば、銅、銀、タングステン、または別の金属を基板表面から除去することが意図されるいずれの相当量の研削粒子も含むことを必要とせず、また、これを好ましくは排除することができる。したがって、好ましいスラリーの研削粒子は、セリア粒子、ジルコニア粒子、シリカ粒子、またはこれらの組み合わせからなるまたは本質的になることができ、また、金属基板表面を研磨するまたは平坦化するのに有用な非相当量を超えるいずれの量のいずれの粒子も好ましくは排除することができ、かかる粒子として、金属表面を研磨するのに有用であることが知られているある特定のタイプの金属酸化物、例えば、とりわけ、アルミナ、シリカ、シリカ酸化物が挙げられる。かかるスラリーは、スラリー全重量基準で０．１重量％以下の、セリア系またはジルコニア系粒子以外の研削粒子、例えば、スラリー全重量基準で０．０５または０．０１重量％未満の、セリアまたはジルコニア系粒子以外の研削粒子を含有していてよい。代替的に記述すると、かかるスラリーは、スラリー中に研削粒子合計重量基準で０．５重量％以下の、セリア系またはジルコニア系粒子以外の研削粒子を含有していてよく、例えば、スラリー中に研削粒子合計重量基準で０．１、０．０５、または０．０１重量％未満の、セリア−、またはジルコニア系粒子以外の研削粒子を含有していてよい。

【0037】

誘電体材料を研磨するのに有用なセリア粒子は、ＣＭＰ技術において周知されており、市販されている。例として、とりわけ、湿式プロセスセリア、焼成セリア、及び金属ドープセリアと称されるタイプのものが挙げられる。同様に、誘電体材料を研磨するのに有用なジルコニア粒子は、ＣＭＰ分野において周知されており、市販されている。例として、とりわけ、金属ドープジルコニア及び非金属ドープジルコニアが挙げられる。金属ドープジルコニアの中でも、ドーパント元素百分率が優先的には０．１〜２５％の範囲である、セリウム−、カルシウム−、マグネシウム−、またはイットリウムドープジルコニアである。

【0038】

記載されているスラリーにおける使用のためのある特定の好ましいセリア粒子として、２０１５年３月に提出された、出願人の同時係属の米国仮特許出願番号第１４／６３９，５６４号、タイトル「Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｃｅｒｉａ Ａｂｒａｓｉｖｅ」に記載されているものが挙げられる。本記載の好ましい研磨組成物は、湿式プロセスセリア粒子を含めた、上記仮出願に記載されている研削粒子を含有することができる。これには、サイズ、組成物、調製方法、粒径分布、または他の機械的もしくは物理的特性に基づいて単一のタイプの研削粒子または複数の異なるタイプの研削粒子を含有していてよいスラリーが記載されている。この記載及び本記載は、「第１」研削粒子を含有するスラリーを称しており、このことは、スラリーが、少なくともこの「第１」タイプの研削粒子を含有し、「第１」研削粒子とは異なる追加の研削粒子を任意選択的に含有していてもよい（しかし、含有することは必要ではない）ことを意味している。

【0039】

セリア研削粒子は、種々の異なるプロセスによって作製され得る。例えば、セリア研削粒子は、コロイド状のセリア粒子を含めた、析出したセリア粒子または縮合重合されたセリア粒子であり得る。

【0040】

もう１つの特定の例として、（例えば、第１研削粒子としての）セリア研削粒子は、以下のプロセスによって作製された湿式プロセスセリア粒子であり得る。湿式プロセスセリア粒子を合成する第１工程は、セリア前駆体を水に溶解させることであり得る。セリア前駆体は、いずれの好適なセリア前駆体であることもでき、いずれの好適な電荷を有するセリア塩、例えば、Ｃｅ^３＋またはＣｅ^４＋を含むこともできる。好適なセリア前駆体として、例えば、硝酸セリウムＩＩＩ、硝酸セリウムＩＶアンモニウム、炭酸セリウムＩＩＩ、硫酸セリウムＩＶ、及び塩化セリウムＩＩＩが挙げられる。好ましくは、セリア前駆体は、硝酸セリウムＩＩＩである。

【0041】

セリア前駆体溶液のｐＨを増加させて、アモルファスＣｅ（ＯＨ）_３を形成することができる。溶液のｐＨをいずれの好適なｐＨ、例えば約１０以上のｐＨ、例えば、約１０．５以上のｐＨ、約１１以上のｐＨ、または約１２以上のｐＨに増加させることもできる。典型的には、溶液は、約１４以下のｐＨ、例えば、約１３．５以下のｐＨ、または約１３以下のｐＨを有する。溶液のｐＨを増加させるためにいずれの好適な塩基を使用することもできる。好適な塩基として、例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ、及び水酸化テトラメチルアンモニウムが挙げられる。有機塩基、例えば、エタノールアミン及びジエタノールアミンも好適である。溶液は、ｐＨが増加してアモルファスＣｅ（ＯＨ）_３が形成されるにつれて白色になり混濁する。

【0042】

セリア前駆体溶液は、典型的には、数時間、例えば、約１時間以上、例えば、約２時間以上、約４時間以上、約６時間以上、約８時間以上、約１２時間以上、約１６時間以上、約２０時間以上、または約２４時間以上混合される。典型的には、溶液は、約１時間〜約２４時間、例えば、約２時間、約８時間、または約１２時間混合される。混合が完了すると、溶液を加圧容器に移して加熱することができる。

【0043】

セリア前駆体溶液は、次いでいずれか好適な温度に加熱され得る。例えば、該溶液は、約５０℃以上、例えば、約７５℃以上、約１００℃以上、約１２５℃以上、約１５０℃以上、約１７５℃以上、または約２００℃以上の温度に加熱され得る。代替的には、または加えて、該溶液は、約５００℃以下、例えば、約４５０℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃、または約２００℃以下の温度に加熱され得る。このように、該溶液は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる範囲内の温度に加熱され得る。例えば、該溶液は、約５０℃〜約３００℃、例えば、約５０℃〜約２７５℃、約５０℃〜約２５０℃、約５０℃〜約２００℃、約７５℃〜約３００℃、約７５℃〜約２５０℃、約７５℃〜約２００℃、約１００℃〜約３００℃、約１００℃〜約２５０℃、または約１００℃〜約２２５℃の温度に加熱され得る。

【0044】

セリア前駆体溶液は、典型的には、数時間加熱される。例えば、該溶液は、約１時間以上、例えば、約５時間以上、約１０時間以上、約２５時間以上、約５０時間以上、約７５時間以上、約１００時間以上、または約１１０時間以上加熱され得る。代替的に、または加えて、該溶液は、約２００時間以下、例えば、約１８０時間以下、約１６５時間以下、約１５０時間以下、約１２５時間以下、約１１５時間以下、または約１００時間以下加熱され得る。このように、該溶液は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる期間の間加熱され得る。例えば、該溶液は、約１時間〜約１５０時間、例えば、約５時間〜約１３０時間、約１０時間〜約１２０時間、約１５時間〜約１１５時間、または約２５時間〜約１００時間加熱され得る。

【0045】

加熱後、セリア前駆体溶液が濾過されて、析出されたセリア粒子を分離することができる。析出された粒子は、過剰の水によって濯がれて、未反応セリア前駆体を除去することができる。析出された粒子と過剰の水との混合物は、各濯ぎ工程の後に濾過されて、不純物を除去することができる。一旦適切に濯がれたら、セリア粒子が乾燥されて追加の加工、例えば焼結に付され得、またはセリア粒子が直接再分散され得る。

【0046】

セリア粒子は、任意選択的に乾燥及び焼結された後に再分散され得る。用語「焼結」及び「焼成」は、以下に記載の条件下でのセリア粒子の加熱を称するように本明細書において互換的に使用される。セリア粒子の焼結は、得られる結晶性に影響する。いずれの特定の理論によっても拘束されることを望まないが、高温及び長期間のセリア粒子の焼結は、該粒子の結晶格子構造における欠陥を低減させるとされている。セリア粒子を焼結するのにいずれの好適な方法が使用されてもよい。例として、セリア粒子が乾燥され得、次いで、高温で焼結され得る。乾燥は室温または高温で実施され得る。特に、乾燥は、約２０℃〜約４０℃、例えば、約２５℃、約３０℃、または約３５℃の温度で実施され得る。代替的には、または加えて、乾燥は、約８０℃〜約１５０℃、例えば、約８５℃、約１００℃、約１１５℃、約１２５℃、または約１４０℃の高温で実施され得る。セリア粒子は、乾燥された後、粉砕されて粉末を作り出すことができる。粉砕は、いずれの好適な粉砕材料、例えば、ジルコニアを使用して実施されてもよい。

【0047】

セリア粒子は、いずれの好適なオーブンにおいて、いずれの好適な温度で焼結されてもよい。例えば、セリア粒子は、約２００℃以上、例えば、約２１５℃以上、約２２５℃以上、約２５０℃以上、約２７５℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、または約３７５℃以上の温度で焼結され得る。代替的には、または加えて、セリア粒子は、約１０００℃以下、例えば、約９００℃以下、約７５０℃以下、約６５０℃以下、約５５０℃以下、約５００℃以下、約４５０℃以下、または約４００℃以下の温度で焼結され得る。このように、セリア粒子は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる温度で焼結され得る。例えば、セリア粒子は、約２００℃〜約１０００℃、例えば、約２５０℃〜約８００℃、約３００℃〜約７００℃、約３２５℃〜約６５０℃、約３５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約５５０℃、約４００℃〜約５５０℃、約４５０℃〜約８００℃、約５００℃〜約１０００℃、または約５００℃〜約８００℃の温度で焼結され得る。

【0048】

セリア粒子は、いずれの好適な時間の長さで焼結されてもよい。例えば、セリア粒子は、約１時間以上、例えば、約２時間以上、約５時間以上、または約８時間以上焼結され得る。代替的には、または加えて、セリア粒子は、約２０時間以下、例えば、約１８時間以下、約１５時間以下、約１２時間以下、または約１０時間以下焼結され得る。このように、セリア粒子は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる時間で焼結され得る。例えば、セリア粒子は、約１時間〜約２０時間、例えば、約１時間〜約１５時間、約１時間〜約１０時間、約１時間〜約５時間、約５時間〜約２０時間、または約１０時間〜約２０時間焼結され得る。

【0049】

セリア粒子はまた、上記範囲内の種々の温度及び種々の時間の長さで焼結され得る。例えば、セリア粒子は、セリア粒子を１以上の温度に種々の時間の長さで暴露するゾーン炉において焼結され得る。例として、セリア粒子は、約２００℃〜約１０００℃の温度で約１時間以上焼結され得、次いで、約２００℃〜約１０００℃の範囲内である異なる温度で約１時間以上焼結され得る。

【0050】

乾燥、粉砕、及び任意選択的な焼結などの後、セリア粒子は、好適な液体担体、例えば、水性担体、特に水に再分散され得る。セリア粒子が焼結されるとき、セリア粒子は次いで、焼結の完了後に再分散される。セリア粒子を再分散するのにいずれの好適なプロセスが使用されてもよい。典型的には、セリア粒子は、好適な酸を使用してセリア粒子及び水の混合物のｐＨを低下させることによって再分散される。ｐＨが低下すると、セリア粒子の表面がカチオン性ゼータ電位を発生させる。このカチオン性ゼータ電位は、再分散を容易にする、セリア粒子間斥力を作り出す。混合物のｐＨを低下させるのにいずれの好適な酸が使用されてもよい。好適な酸の例として、塩酸及び硝酸が挙げられる。水溶性であり親水性官能基を有する有機酸もまた好適である。好適な有機酸として、例えば、とりわけ、酢酸が挙げられる。多価アニオンを有する酸、例えば、Ｈ_３ＰＯ_４及びＨ_２ＳＯ_４は一般に好ましくない。混合物は、いずれの好適なｐＨにも低下され得る。例えば、混合物のｐＨは、約２〜約５、例えば、約２．５、約３、約３．５、約４、または約４．５まで低下され得る。典型的には、混合物のｐＨは、約２未満には低下されない。

【0051】

再分散されたセリア粒子は、典型的には粉砕されて、粒径を低減させる。好ましくは、セリア粒子は、再分散と同時に粉砕され得る。粉砕は、いずれの好適な粉砕材料、例えば、ジルコニアを使用して実施されてもよい。粉砕はまた、超音波処理または湿式ジェット手順を使用して実施され得る。粉砕後、セリア粒子は、いずれの残存する大きな粒子も除去するように濾過され得る。例えば、セリア粒子は、約０．３μｍ以上、例えば、約０．４μｍ以上、または約０．５μｍ以上の孔径を有するフィルタを使用して濾過され得る。

【0052】

ある特定の好ましい研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径を有することができる。粒子の粒径は、粒子を包含する最小球の直径である。粒径は、種々の公知の好適な技術を使用して測定され得る。例えば、粒径は、ディスク遠心分離を使用して、すなわち、分画遠心沈降（ＤＣＳ）によって測定され得る。好適なディスク遠心式粒径測定機器は、例えば、ＣＰＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｐｒａｉｒｉｅｖｉｌｌｅ、ＬＡ）から、例えば、ＣＰＳ Ｄｉｓｃ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ Ｍｏｄｅｌ ＤＣ２４０００ＵＨＲで市販されている。別途特定されない限り、本明細書において報告されかつ特許請求の範囲に記載されているメジアン粒径値は、ディスク遠心分離測定に基づいている。

【0053】

好ましいセリア研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、約４０ｎｍ以上、例えば、約４５ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約５５ｎｍ以上、約６０ｎｍ以上、約６５ｎｍ以上、約７０ｎｍ以上、約７５ｎｍ以上、または約８０ｎｍ以上のメジアン粒径を有することができる。代替的には、または加えて、セリア研削粒子は、約１００ｎｍ以下、例えば、約９５ｎｍ以下、約９０ｎｍ以下、約８５ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７５ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、または約６５ｎｍ以下のメジアン粒径を有することができる。このように、セリア研削粒子は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる範囲内のメジアン粒径を有することができる。例えば、セリア研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、例えば、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８５ｎｍ、または約６５ｎｍ〜約７５ｎｍのメジアン粒径を有することができる。好ましい研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍのメジアン粒径、例えば、約６５ｎｍのメジアン粒径、約７０ｎｍのメジアン粒径、または約７５ｎｍのメジアン粒径を有することができる。

【0054】

研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、（例えば、合計重量濃度当たり）いずれの有用な濃度で研磨組成物中に存在していてもよい。有用な濃度の例示的範囲は、研磨組成物の約０．００５〜約２重量％であり得る。例えば、第１研削粒子は、約０．００５重量％以上、例えば、約０．００７５重量％以上、約０．０１重量％以上、約０．０２５重量％以上、約０．０５重量％以上、約０．０７５重量％以上、約０．１重量％以上、または約０．２５重量％以上の濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的には、または加えて、第１研削粒子は、約２重量％以下、例えば、約１．７５重量％以下、約１．５重量％以下、約１．２５重量％以下、約１重量％以下、約０．７５重量％以下、約０．５重量％以下、または約０．２５重量％以下の濃度で研磨組成物中に存在し得る。このように、研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる範囲内の濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、約０．００５重量％〜約２重量％の濃度で、例えば、約０．００５重量％〜約１．７５重量％、約０．００５重量％〜約１．５重量％、約０．００５重量％〜約１．２５重量％、約０．００５重量％〜約１重量％、約０．０１重量％〜約２重量％、約０．０１重量％〜約１．５重量％、約０．０５重量％〜約２重量％、約０．０５重量％〜約１．５重量％、約０．１重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１．５重量％、または約０．１重量％〜約１重量％で研磨組成物中に存在し得る。

【0055】

好ましいスラリーは、本明細書において記載されているＣＭＰ研磨組成物として機能するのに有用な量で、記載されている第１研削粒子を含有することができる。有用な濃度範囲の例は、研磨組成物合計重量基準で約０．１重量％〜約０．５重量％、例えば、約０．１５重量％〜約０．４重量％、約０．１５重量％〜約０．３５重量％、または約０．２重量％〜約０．３重量％であり得る。より好ましくは、スラリーは、研磨組成物合計重量基準で約０．１重量％〜約０．３重量％、例えば、約０．１重量％、約０．１５重量％、約０．２重量％、約０．２５重量％、約０．２８重量％、または約０．２９重量％の濃度で第１研削粒子を含有していてよい。

【0056】

好ましい第１研削粒子は、少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有することができる。粒径分布は、最大粒子の粒径と最小粒子の粒径との間の差を称する。例えば、第１研削粒子は、少なくとも約３１５ｎｍ、例えば、少なくとも約３２０ｎｍ、少なくとも約３２５ｎｍ、少なくとも約３３０ｎｍ、少なくとも約３４０ｎｍ、少なくとも約３５０ｎｍ、少なくとも約３５５ｎｍ、少なくとも約３６０ｎｍ、少なくとも約３６５ｎｍ、少なくとも約３７０ｎｍ、少なくとも約３７５ｎｍ、または少なくとも約３８０ｎｍの粒径分布を有することができる。好ましくは、第１研削粒子は、少なくとも約３２０ｎｍ、例えば、少なくとも約３２５ｎｍ、少なくとも約３３５ｎｍ、または少なくとも約３５０ｎｍの粒径分布を有することができる。第１研削粒子はまた、好ましくは約５００ｎｍ以下、例えば、約４７５ｎｍ以下、約４５０ｎｍ以下、約４２５ｎｍ以下、または約４１５ｎｍ以下の粒径分布を有することもできる。このように、研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる範囲内の粒径分布を有することができる。例えば、研削粒子は、約３１５ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば、約３２０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、約３２５ｎｍ〜約４７５ｎｍ、約３３５ｎｍ〜約４６０ｎｍ、または約３４０ｎｍ〜約４５０ｎｍの粒径分布を有することができる。

【0057】

記載されている第１研削粒子は、いずれの好適な最大粒径及びいずれの好適な最小粒径を有することもでき、好ましい粒子は、少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有している。例えば、研削粒子は、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、例えば、約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約２５ｎｍの最小粒径を有することができる。好ましくは、第１研削粒子は、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、例えば、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、または約２５ｎｍの最小粒径を有する。研削粒子は、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば、約２５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの最大粒径を有することができる。好ましくは、第１研削粒子は、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、例えば、約３７５ｎｍ、約４００ｎｍ、または約４２５ｎｍの最大粒径を有する。

【0058】

本明細書に記載されているプロセスによって作製される研削粒子（例えば、第１研削粒子）は、上記に記載されている方法にしたがって篩にかけられて、本明細書に記載されている好ましい表面化学を有する第１研削粒子、例えば、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する第１研削粒子を同定することができ、ここで、第１研削粒子は、三座配位子ヒドロキシル基を含む表面を有し、また、第１研削粒子は、約２．０×１０^−５モル／ｍ^２以上である三座配位子ヒドロキシル基の表面被覆率を有し、かつ／または第１研削粒子は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有し、第１研削粒子のラマンスペクトルは、約４５８ｃｍ^−１のピーク及び約５８３ｃｍ^−１のピークを含み、約４５８ｃｍ^−１のピークの強度対約５８３ｃｍ^−１のピークの強度の比は、約１００以下である。本明細書に記載されている研磨組成物は、本明細書において上記で記載されているプロセスによって作製され、本明細書において上記でも記載されている好ましい表面化学を有している第１研削粒子を好ましくは含有する。

【0059】

研磨組成物は、追加の研削粒子（例えば、第２研削粒子、第３研削粒子など）を任意選択的に含有することができる。追加の研削粒子は、例えば、第１研削粒子とは異なる金属の金属酸化物研削粒子、例えば、ジルコニア（例えば、酸化ジルコニウム）、チタニア（例えば、二酸化チタン）、ゲルマニア（例えば、二酸化ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム）、マグネシア（例えば、酸化マグネシウム）、酸化ニッケル、これらの共形成生成物、またはこれらの組み合わせの金属酸化物研削粒子であり得る。追加の研削粒子はまた、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、またはポリアクリレートの有機粒子であることもできる。代替的には、研磨組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１研削粒子を含有することができ、研磨組成物は、いずれの追加の研削粒子も含まない。

【0060】

追加の研削粒子はまた、研磨組成物の第１研削粒子と比較して異なるタイプのセリアであるセリア（例えば、酸化セリウム）の金属酸化物研削粒子、すなわち、湿式プロセスセリア粒子ではないセリア粒子、例えば、ヒュームドセリア粒子または焼成セリア粒子であることもできる。代替的には、研磨組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１研削粒子を含有することができ、研磨組成物は、いずれの追加のセリア粒子も含まない。

【0061】

追加の研削粒子はまた、本明細書において記載されている第１研削粒子の好ましい表面化学と比較して異なる表面化学を有する湿式プロセスセリア粒子、例えば、相当レベルの三座配位子ヒドロキシル基を含まない表面を有する湿式プロセスセリア粒子；本明細書において記載されている表面三座配位子ヒドロキシル基を有する湿式プロセスセリア粒子であることもできるが、粒子は、約２．３×１０^−５モル／ｍ^２未満である三座配位子ヒドロキシル基の表面被覆率を有し；湿式プロセスセリア粒子のラマンスペクトルは、約５８３ｃｍ^−１のピークを示さず；または湿式プロセスセリア粒子のラマンスペクトルは、約４５８ｃｍ^−１のピーク及び約５８３ｃｍ^−１のピークを示し、かつ、約４５８ｃｍ^−１のピークの強度対約５８３ｃｍ^−１のピークの強度の比は、約１００超である。

【0062】

別の代替として、研磨組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有しかつ本明細書に記載されている好ましい表面化学を有する湿式プロセスセリア粒子である第１研削粒子を含有することができ、研磨組成物は、いずれの追加の湿式プロセスセリア粒子も含まない。例えば、研磨組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１研削粒子を含むことができ、第１研削粒子は、三座配位子ヒドロキシル基を含む表面を有し、第１研削粒子は、約２．３×１０^−５モル／ｍ^２以上である三座配位子ヒドロキシル基の表面被覆率を有し、研磨組成物は、いずれの追加の湿式プロセスセリア粒子も含まない。研磨組成物は、代替的には、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１研削粒子を含有していてよく、第１研削粒子のラマンスペクトルは、約４５８ｃｍ^−１のピーク及び約５８３ｃｍ^−１のピークを含み、約４５８ｃｍ^−１のピークの強度対約５８３ｃｍ^−１のピークの強度の比は、約１００以下であり、研磨組成物は、いずれの追加の湿式プロセスセリア粒子も含まない。

【0063】

ある特定の研磨組成物の実施形態は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍのメジアン粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１研削粒子を含有することができ、研磨組成物は、いずれの追加の湿式プロセスセリア粒子も含まない。

【0064】

研磨組成物が追加の研削粒子（例えば、第２研削粒子、第３研削粒子など）を含むとき、追加の研削粒子は、いずれの好適なメジアン粒径を有することもできる。例えば、研磨組成物は、約１ｎｍ〜約６０ｎｍ、例えば、約１ｎｍ〜約５５ｎｍ、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３５ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３５ｎｍ、または約１５ｎｍ〜約３０ｎｍのメジアン粒径を有する第２研削粒子を含むことができる。代替的には、第２研削粒子は、約１００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、例えば、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約１０５ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１１５ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１３５ｎｍ〜約３２５ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約３１５ｎｍ、約１７５ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約２７５ｎｍ、または約２２５ｎｍ〜約２５０ｎｍのメジアン粒径を有することができる。好ましくは、追加の研削粒子（例えば、第２研削粒子、第３研削粒子など）は、約１ｎｍ〜約３５ｎｍのメジアン粒径、または約１２５ｎｍ〜約３００ｎｍのメジアン粒径を有することができる。

【0065】

追加の研削粒子（例えば、第２研削粒子、第３研削粒子など、合計で）は、第１研削粒子に加えて、いずれか好適な量で研磨組成物中に存在し得る。ある特定のスラリーの実施形態において、追加の研削粒子は、スラリーの重量基準で約０．００５重量％〜約２重量％の濃度で存在し得る。例えば、追加の研削粒子は、約０．００５重量％以上、例えば、約０．００７５重量％以上、約０．０１重量％以上、約０．０２５重量％以上、約０．０５重量％以上、約０．０７５重量％以上、約０．１重量％以上、または約０．２５重量％以上の濃度で研磨組成物中に存在し得る。代替的には、または加えて、追加の研削粒子は、スラリーの重量基準で約２重量％以下、例えば、約１．７５重量％以下、約１．５重量％以下、約１．２５重量％以下、約１重量％以下、約０．７５重量％以下、約０．５重量％以下、または約０．２５重量％以下の濃度で研磨組成物中に存在し得る。このように、追加の研削粒子は、上記終点のいずれか２つによって境界付けられる範囲内の濃度で研磨組成物中に存在し得る。例えば、好ましい研磨組成物は、約０．００５重量％〜約２重量％、例えば、約０．００５重量％〜約１．７５重量％、約０．００５重量％〜約１．５重量％、約０．００５重量％〜約１．２５重量％、約０．００５重量％〜約１重量％、約０．０１重量％〜約２重量％、約０．０１重量％〜約１．７５重量％、約０．０１重量％〜約１．５重量％、約０．０５重量％〜約２重量％、約０．０５重量％〜約１．５重量％、約０．１重量％〜約２重量％、または約０．１重量％〜約１．５重量％の濃度で（記載されている第１研削粒子の量に加えて）第２研削粒子を含むことができる。より好ましくは、追加の研削粒子は、スラリーの重量基準で約０．０１重量％〜約０．５重量％、例えば、約０．０２５重量％、約０．０５重量％、約０．０８重量％、約０．１重量％、約０．１５重量％、約０．２重量％、約０．２５重量％、約０．３重量％、または約０．４重量％の濃度で存在し得る。

【0066】

研磨組成物が追加の研削粒子（例えば、第２研削粒子、第３研削粒子など）を含有するとき、研磨組成物は、マルチモーダル粒径分布を任意選択的に示すことができる。本明細書において使用されているとき、用語「マルチモーダル」は、研磨組成物が少なくとも２の最大値（例えば、２以上の最大値、３以上の最大値、４以上の最大値、または５以上の最大値）を有する粒径分布を示すことを意味する。特に、研磨組成物が第２研削粒子を含有するとき、研磨組成物は、バイモーダル粒径分布を示すことができ、すなわち、研磨組成物は、２のメジアン粒径最大値を有する粒径分布を示す。用語「最大値（ｍａｘｉｍｕｍ）」及び「最大値（ｍａｘｉｍａ）」は、粒径分布におけるピークまたはピーク（複数）を意味する。ピークまたはピーク（複数）は、第１、第２、およびいずれか追加の研削粒子に関して本明細書に記載されているメジアン粒径に相当する。このように、例えば、研磨組成物が第１研削粒子及び第２研削粒子を含有し、追加の研削粒子を有さないとき、粒子数または粒子の相対重量対粒径のプロットは、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍの粒径範囲である第１ピークおよび約１ｎｍ〜約３５ｎｍの粒径範囲である第２ピークによる、バイモーダル粒径分布を反映することができる。

【0067】

研磨組成物に存在する第１研削粒子及びいずれの追加の研削粒子も、望ましくは研磨組成物中に、より詳細には、研磨組成物の水性担体に懸濁されている。研削粒子が研磨組成物に懸濁されているとき、研削粒子は、好ましくはコロイド状態で安定である。用語「コロイド」は、水性担体への研削粒子の懸濁を称する。コロイド状態での安定性とは、該懸濁液の経時的な維持を称する。この発明の文脈において、研削粒子は、該研削粒子が１００ｍｌのメスシリンダに入れられて２時間の間振り混ぜられずに放置されているとき、研削組成物（［Ｃ］（ｇ／ｍｌ））中の粒子の初期濃度によって除算された、メスシリンダの底部５０ｍｌにおける粒子の濃度（［Ｂ］（ｇ／ｍｌ））とメスシリンダの上部５０ｍｌにおける粒子の濃度（［Ｔ］（ｇ／ｍｌ））との差が、０．５以下である（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）とき、コロイド状態で安定であるとされる。［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。

【0068】

研磨組成物は、約７未満であるｐＨ、例えば、約１〜約６を示すことができる。典型的には、研磨組成物は、約３以上のｐＨを有する。また、研磨組成物のｐＨは、典型的には、約６以下である。例えば、ｐＨは、約３．５〜約６の範囲、例えば、約３．５のｐＨ、約４のｐＨ、約４．５のｐＨ、約５のｐＨ、約５．５のｐＨ、約６のｐＨ、またはこれらのｐＨ値のいずれか２つによって定義される範囲ｐＨであり得る。

【0069】

好ましい研磨組成物は、いずれの好適なｐＨ調整剤であることもできるｐＨ調整剤をさらに含む。例えば、ｐＨ調整剤は、アルキルアミン、アルコールアミン、第４級アミン水酸化物、アンモニア、またはこれらの組み合わせであり得る。特に、ｐＨ調整剤は、トリエタノールアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨもしくはＴＭＡ−ＯＨ）、または水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨもしくはＴＥＡ−ＯＨ）であり得る。ある特定の好ましい実施形態において、ｐＨ調整剤は、トリエタノールアミンであり得る。

【0070】

ｐＨ調整剤は、いずれの好適な濃度で研磨組成物中に存在していてもよい。望ましくは、ｐＨ調整剤は、本明細書に記載のｐＨ範囲内、例えば、約７未満、例えば、約１〜約６の範囲、または約３．５〜約５の範囲の研磨組成物のｐＨを達成または維持する量で存在する。例えば、ｐＨ調整剤は、約１０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、例えば、約５０ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、または約１００ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在し得る。

【0071】

研磨組成物は、水（例えば、脱イオン水）を含有し、１以上の水混和性有機溶媒を任意選択的に含有していてよい水性担体を含む。使用され得る有機溶媒の例として、アルコール、例えば、プロペニルアルコール、イソプロピルアルコール、エタノール、１−プロパノール、メタノール、１−ヘキサノールなど；アルデヒド、例えば、アセチルアルデヒドなど；ケトン、例えば、アセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトンなど；エステル、例えば、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、乳酸エチルなど；スルホキシド、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライムなどを含めたエーテル；アミド、例えば、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドンなど；多価アルコール及びその誘導体、例えば、エチレングリコール、グリセロール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテルなど；ならびに窒素含有有機化合物、例えば、アセトニトリル、アミルアミン、イソプロピルアミン、イミダゾール、ジメチルアミンなどが挙げられる。好ましくは、水性担体は、有機溶媒が存在しない水単独、または僅かな量の有機溶媒、例えば、０．１、０．０５、０．０１、もしくは０．００５重量％未満の有機溶媒のみを有する水である。

【0072】

研磨組成物は、追加の成分を添加剤として含むことができる。任意選択的な添加剤の一例は：カルボン酸モノマー、スルホン酸化モノマーまたはリン酸化モノマー、及びアクリレートモノマー；を含むモノマーから誘導されたアニオン性コポリマーである。他の例として、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール）、ならびにポリビニルアルコール（例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリル酸及びメタクリル酸のコポリマー）を含めた他のポリマー（例えば、非イオン性ポリマー）が挙げられる。さらに他の任意選択的な添加剤として、シラン、例えば、アミノシラン、ウレイドシラン、及びグリシジルシランが挙げられる。なおさらに他の任意選択的な添加剤として：官能化ピリジンのＮ−酸化物（例えば、ピコリン酸Ｎ−酸化物）；デンプン；シクロデキストリン（例えば、アルファ−シクロデキストリンもしくはベータ−シクロデキストリン）；またはこれらの２以上の組み合わせが挙げられる。

【0073】

ポリビニルピロリドンは、添加剤として有用であり得、いずれの好適な分子量を有することもできる。例えば、添加剤としてのポリビニルピロリドンは、約１０，０００グラム／モル（ｇ／ｍｏｌ）〜約１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、最大でまたは約２０，０００ｇ／ｍｏｌ、３０，０００ｇ／ｍｏｌ、４０，０００ｇ／ｍｏｌ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ、もしくは６０，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有することができる。

【0074】

スラリーが添加剤として非イオン性ポリマーを含むとき、また、非イオン性ポリマーがポリエチレングリコールであるとき、ポリエチレングリコールは、いずれの好適な分子量を有することもできる。例えば、ポリエチレングリコールは、約２００ｇ／ｍｏｌ〜約２００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、約８０００ｇ／ｍｏｌ、約１００，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有することができる。

【0075】

スラリーが添加剤としてシランを含むとき、シランは、いずれの好適なアミノシラン、ウレイドシラン、またはグリシジルシランであることもできる。いくつかの具体例として、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルシラントリオール、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラントリオール、（Ｎ，Ｎ−ジメチル−３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、及び３−グリシドプロピルジメチルエトキシシランが挙げられる。

【0076】

研磨組成物におけるある特定の特に好ましい添加剤として、２−ヒドロキシエチルメタクリル酸及びメタクリル酸のコポリマー；ポリビニルピロリドン；アミノプロピルシラントリオール；ピコリン酸Ｎ−酸化物；ピコリン酸、デンプン；アルファ−シクロデキストリン；ベータ−シクロデキストリン；ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。

【0077】

添加剤または添加剤（複数）（例えば、全部で、カルボン酸モノマー、スルホン酸化モノマー、またはリン酸化モノマーと、アクリレート、ポリビニルピロリドン、またはポリビニルアルコールとのアニオン性コポリマー；シラン；官能化ピリジンのＮ−酸化物；ピコリン酸；デンプン；シクロデキストリン；またはこれらの組み合わせ）は、いずれの好適な濃度で、記載されている研磨組成物中に存在していてもよい。好ましくは、添加剤または添加剤（複数）は、約１ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、例えば、約５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２７５ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、または約１００ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。より好ましくは、添加剤または添加剤（複数）は、約１ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、例えば、約１ｐｐｍ〜約２７５ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、または約３５ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。

【0078】

記載されている研磨組成物は、カチオン性ポリマーも任意選択的に含む。カチオン性ポリマーは、第４級アミン、カチオン性ポリビニルアルコール、カチオン性セルロース、及びこれらの組み合わせから選択される。研磨組成物は、上記添加剤の１以上、すなわち、カルボン酸モノマー、スルホン酸化モノマーまたはリン酸化モノマーと、アクリレートとのアニオン性コポリマーの１以上；ポリビニルピロリドンまたはポリビニルアルコール；ポリエチレングリコール；非イオン性ポリマー；シラン；官能化ピリジンのＮ−酸化物；デンプン；及びシクロデキストリンに加えて、第４級アミン、カチオン性ポリビニルアルコール、カチオン性セルロース、及びこれらの組み合わせから選択されるカチオン性ポリマーを任意選択的に含むことができる。代替的には、研磨組成物は、上記のこれらの添加剤の１以上を含まず、カチオン性ポリマーを含むことができる。

【0079】

カチオン性ポリマーは、第４級アミン基を含有するポリマーであり得、または第４級アミンモノマーからなり得る。例えば、カチオン性ポリマーは、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ハロゲン化ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、例えば、塩化ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）、ハロゲン化ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、例えば、塩化ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）（ポリＤＡＤＭＡＣ）、及びポリクオタニウム−２から選択され得る。好ましくは、カチオン性ポリマーが第４級アミンポリマーであるとき、カチオン性ポリマーはポリ（ビニルイミダゾリウム）である。

【0080】

代替的には、カチオン性ポリマーは、いずれの好適なカチオン性ポリビニルアルコールまたはカチオン性セルロースであることもできる。好ましくは、カチオン性ポリマーは、カチオン性ポリビニルアルコールである。例えば、カチオン性ポリビニルアルコールは、日本合成のＧＯＨＳＥＦＩＭＥＲ Ｋ２１０（商標）ポリビニルアルコール生成物であり得る。

【0081】

カチオン性ポリマー（例えば、全部で、第４級アミンポリマー、カチオン性ポリビニルアルコール、カチオン性セルロース、またはこれらの組み合わせ）は、いずれの好適な濃度、例えば約１ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、例えば、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約４０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約２５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約２２５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２１５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約１７５ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、または約３０ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在していてもよい。

【0082】

カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）であるとき、カチオン性ポリマーは、好ましくは、約１ｐｐｍ〜約１０ｐｐｍ、例えば、約２ｐｐｍ、約５ｐｐｍ、約６ｐｐｍ、約７ｐｐｍ、約８ｐｐｍ、または約９ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在し得る。より好ましくは、カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）であるとき、カチオン性ポリマーは、好ましくは、約１ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、例えば、約２ｐｐｍ、約３ｐｐｍ、または約４ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在し得る。

【0083】

研磨組成物はまた、カルボン酸を任意選択的に含むこともできる。カルボン酸は、例えば、約１〜約６、例えば、約２〜約６、例えば、約３．５〜約５のｐＫａを有するいずれの好適なカルボン酸であることもできる。有用なカルボン酸の例として、酢酸、プロパン酸、及びブタン酸が挙げられる。

【0084】

カルボン酸は、いずれの好適な濃度で研磨組成物中に存在していてもよい。好ましくは、カルボン酸は、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、例えば、約１０ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約７５０ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３５ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ〜約４２５ｐｐｍ、約５５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、または約７５ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。より好ましくは、カルボン酸は、約２５ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍ、例えば、約４０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ、約６０ｐｐｍ、約７５ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ、または約１２５ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在し得る。

【0085】

望ましくは、研磨組成物のｐＨは、カルボン酸のｐＫａの約２ユニット以内であり得る。例として、研磨組成物のｐＨが約３．５であるとき、カルボン酸のｐＫａは、好ましくは約１．５〜約５．５である。

【0086】

研磨組成物がカチオン性ポリマーを含むとき、また、カチオン性ポリマーが第４級アミンポリマーであるとき、研磨組成物はカルボン酸も好ましくは含む。研磨組成物がカチオン性ポリマーを含み、カチオン性ポリマーがカチオン性ポリビニルアルコール及びカチオン性セルロースから選択されるとき、研磨組成物は、カルボン酸を任意選択的にさらに含む。

【0087】

研磨組成物は、粘度増強剤及び凝固剤（例えば、ポリマー性レオロジー制御剤、例えば、ウレタンポリマーなど）、分散剤、殺生物剤（例えば、ＫＡＴＨＯＮ（商標）ＬＸ）などを含めた、１以上の他の添加剤、例えば、界面活性剤またはレオロジー制御剤を任意選択的に含んでいてよい。好適な界面活性剤として、例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、アニオン性高分子電解質、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、これらの混合物が挙げられる。

【0088】

本記載の好ましい研磨組成物は、誘電体材料、例えば、パターン誘電体のＣＭＰ加工に使用されるように設計される。研磨組成物は、この目的で、基板の金属表面を加工するように設計されず、また、該加工において有効であることは必要とされない。したがって、これらの好ましい研磨組成物は、金属表面を加工するために設計されかつ該加工に有効であるＣＭＰ組成物の研削及び化学成分を排除することができ、かかる化学成分の例として、金属不動態化剤及び金属キレート剤がある。これらの好ましいスラリーは、ＣＭＰ加工の際に金属不動態化剤または金属キレート剤として作用することが意図される化学成分を必要とせず、また、好ましくは排除することができる。このことは、当然ながら、特に、本記載のスラリーが、金属加工ＣＭＰ組成物として使用されるときに、金属不動態化（例えば、サリチルヒドロキサム酸）または金属キレート挙動のいずれかを示す化学を含有するとして表され得る程度まで、この明細書の全てのスラリーが、あるレベルの金属不動態化または金属キレート挙動を示し得るいずれの形態の成分も排除することを必要としていない。代わりに、スラリーの実施形態は、金属不動態化または金属キレート化を引き起こすことが意図されるまたは引き起こすのに有効である成分を必要とすることなく有用であり得る。あるレベルの金属不動態化（例えば、サリチルヒドロキサム酸）または金属キレート活性を示し得る本スラリーにおいて有用であると具体的に記載されている成分を含まず、いくつかのスラリーの実施形態は、金属不動態化または金属キレート材料である、僅かな量を超えない成分、例えば、合計スラリー重量を基準にして０．００１、０．０００５、または０．０００１重量％未満の金属不動態化剤；例えば、合計スラリー重量を基準にして０．０１、０．００５、または０．００１重量％未満の金属キレート化合物を含んでいてよい。

【0089】

本記載のスラリーにおいて必要とされない、また、これから具体的に排除されてよい具体的な金属不動態化剤の例は、（全体が参照により本明細書に組み込まれる）（第６欄、２９〜６７行を参照されたい）米国特許第８，４３５，４２１号の組成物の「二次膜形成金属不動態化剤」として特定されている。これらの剤として、一般式（ＩＩ）：Ｚ−Ｘ^２（Ｙ^２Ｒ^５）（Ｙ^３Ｒ^６）；を有する化合物、ならびに式（ＩＩ）の化合物の塩または他の化学物質（例えば、塩基もしくは酸）形態、及び式（ＩＩ）の部分中和形態が挙げられる。

【0090】

式（ＩＩ）において、Ｚは、ＮＨ_２またはＯＨであり；Ｘ^２は、Ｐ＝ＯまたはＣであり；Ｙ^２及びＹ^３は、それぞれ、独立して、Ｎ、ＮＨ、もしくはＯであり；Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ、独立して、Ｒ^７−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−であり得、ここで、Ｒ^７は、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル、フェニル、もしくはＣ_１〜Ｃ_２０−アルキル−置換フェニルであり得、「ｎ」は、約２〜約１０００の範囲の平均値を有し、または、Ｙ^２及びＹ^３が、それぞれ、独立して、ＮもしくはＮＨであるとき、Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ、独立して、Ｎ、ＮＨ、もしくはＣＨであり得、Ｘ^２、Ｙ^２及びＹ^３と一緒に５員環複素環を形成する。好ましくは、Ｒ^７は、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル、フェニル、またはＣ_１〜Ｃ_２０−アルキル−置換フェニルである。いくつかの好ましい実施形態において、Ｒ^７は、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル−置換フェニル、特にノニルフェニルである。

【0091】

式（ＩＩ）の化合物の非限定例として、複素環（例えば、５−アミノテトラゾール、５−アミノ−１，２，−４−トリアゾールなど）、及びリン酸エステル、例えば、ビス−ペグ化リン酸エステル、特にリン酸基の２つの酸素に付着したポリ（オキシエチレン）鎖を含むリン酸エステル：ここで、ポリ（オキシエチレン）鎖はアリールエーテル基（例えば、フェニル）、アルキルエーテル基（例えば、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル、例えば、ラウリルもしくはステアリル）、またはアルキルアリールエーテル基（例えば、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキルフェニル、例えば、ノニルフェニル）によって終端されている；が挙げられる。用語「ポリ（オキシエチレン）」は、ポリ（オキシエチレン）鎖当たり平均２〜約１０００のオキシエチレン（−ＯＣＨ_２ＣＨ_２−）モノマーユニット、好ましくは２〜１００（例えば、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０）オキシエチレンユニットを有するポリマーまたはオリゴマーを称する。リン酸エステル型不動態化剤の１つの具体例は、Ｈｕｎｔｓｍａｎから商品名ＳＵＲＦＯＮＩＣ（商標）ＰＥ１１９８で市販されているビス−（ノニルフェニルポリ（オキシエチレン））リン酸エステル（ＮＰＰＯＰ）である。

【0092】

本記載のスラリーにおいて必要とされない、また、これから具体的に排除されてよい具体的な金属キレート剤の例は、米国特許第８，４３５，４２１号の第７欄、１７〜５１行において特定されている。これらとして、シュウ酸、アミノ−置換カルボン酸（例えば、アミノポリカルボキシレート、例えば、イミノ二酢酸（ＩＤＡ）、エチレンジアミンジコハク酸（ＥＤＤＳ）、イミノジコハク酸（ＩＤＳ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ならびにアルファ−アミノ酸、例えば、グリシン、ベータ−アミノ酸など）；ヒドロキシル置換カルボン酸（例えば、グリコール酸及び乳酸、ならびにヒドロキシルポリカルボン酸、例えば、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸など）；ホスホノカルボン酸；アミノホスホン酸；上記のいずれかの塩；上記の２以上の組み合わせ；などが挙げられる。

【0093】

研磨組成物は、当業者に公知であるいずれの有用な方法で調製されてもよい。研磨組成物は、バッチまたは連続プロセスにおいて調製され得る。一般に、研磨組成物は、好適な混合によって、その要素をいずれかの順序で組み合わせて、要素の均一な混合物（スラリー）を生成することによって調製され得る。用語「要素」は、本明細書において使用されているとき、個々の成分（例えば、第１研削粒子、ヒドロキサム酸、または置換ヒドロキサム酸、ｐＨ調整剤など）ならびに成分のいずれかの組み合わせを含む。

【0094】

例えば、ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸は、所望の濃度で水に添加され得る。得られる水溶液のｐＨは、次いで（所望により）調整され得、研削粒子（例えば、第１研削粒子）が所望の濃度で溶液に添加されて、研磨組成物を形成することができる。他の成分もまた、成分の均一な組み込みを可能にする時間で溶液中に組み込まれてよい。

【0095】

研磨組成物は、すぐに、またはＣＭＰプロセスにおける使用の直前に調製され得、１以上の構成要素が、すぐにまたは使用の少し前に（例えば、使用前の約１分以内、使用前の約１時間以内、または使用前の約７日以内）研磨組成物に添加される。研磨組成物はまた、ＣＭＰ研磨操作の際にまたはスラリーを基板に適用する直前に基板の表面で要素を混合することによって調製されてもよい。

【0096】

代替の実施形態において、研磨組成物は、商業的に輸送または貯蔵され次いで使用の前の少しの時間で、適量の水性担体、特に水によって、使用のために希釈されるように設計されている濃縮物として提供され得る。これらの実施形態において、研磨組成物濃縮物は、第１研削粒子、ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸、ｐＨ調整剤、及び水を、適量の水による濃縮物の希釈の際に、研磨組成物の各要素が研磨組成物に関して上記で特定されている範囲内の量で希釈研磨組成物に存在するような量で含むことができる。さらに、濃縮物は、使用の際に研磨組成物中に存在する水性担体（例えば、水）フラクションを含有して、確実に、他の要素が濃縮物に少なくとも部分的または完全に溶解されるようにすることができる。

【0097】

研磨組成物は、使用のかなり前、またはさらに少し前に調製され得るとき、研磨組成物はまた、ユースポイントにおいてまたはこの付近で研磨組成物の要素を混合することによって生成され得る。本明細書において使用されているとき、用語「ユースポイント」は、研磨組成物が基板表面（例えば、研磨パッドまたは基板表面自体）に適用されるポイントを称する。研磨組成物がユースポイント混合によって調製されるべきであるとき、研磨組成物の要素は、２以上の貯蔵デバイスに別個に貯蔵される。

【0098】

貯蔵デバイスに含有されている要素を混合してユースポイントにおいてまたはこの付近で研磨組成物を生成するために、貯蔵デバイスは、典型的には、各貯蔵デバイスから研磨組成物のユースポイント（例えば、プラテン、研磨パッド、または基板表面）に至る１以上の流れラインを備える。用語「流れライン」は、個々の貯蔵容器からこれに貯蔵されている要素のユースポイントまでの流れの経路を称する。１以上の流れラインは、それぞれ、ユースポイントに直接至っていてよく、または１を超える流れラインが使用されている状況において、流れラインの２以上が、ユースポイントに至る単一の流れライン内にいずれかのポイントで組み合わされてよい。さらに、１以上の流れライン（例えば、個々の流れラインまたは組み合わせ流れライン）のいずれかが、他のデバイス（例えば、ポンピングデバイス、測定デバイス、混合デバイスなど）の１以上に最初に至り、その後、要素のユースポイント（複数可）に達することができる。

【0099】

研磨組成物の要素は、独立してユースポイントに送達され得（例えば、要素は、要素が研磨プロセスの間に混合される基板表面に送達される）、または要素は、ユースポイントへの送達の直前に合わされ得る。要素は、これらがユースポイントに達する前の１０秒未満、好ましくはユースポイントに達する前の５秒未満、より好ましくはユースポイントに達する前の１秒未満、またはユースポイントにおける要素の送達とまさに同時に組み合わされる（例えば、要素が、ユースポイント、例えば、基板または研磨パッドにおいてディスペンサにおいて組み合わされる）とき、「ユースポイントへの送達直前に」組み合わされる。

【0100】

研磨組成物の２以上の要素は、ユースポイントに到達する前に組み合わされるとき、該要素は、流れラインにおいて組み合わされて、混合デバイスを使用することなくユースポイントに送達され得る。代替的には、流れラインの１以上が混合デバイスに至って、要素の２以上の組み合わせを容易にすることができる。いずれの好適な混合デバイスを使用することもできる。例えば、混合デバイスは、要素の２以上が流れるノズルまたはジェット（例えば、高圧ノズルまたはジェット）であり得る。代替的には、混合デバイスは、研磨組成物の２以上の要素が容器型混合デバイスに導入される１以上の入口と、混合された要素が出て直接または装置の他の要素を介して（例えば、１以上の流れラインを介して）のいずれかでユースポイントに送達される少なくとも１の出口とを含む容器型混合デバイスであり得る。混合デバイスは、単一のチャンバまたは１を超えるチャンバを含んでいてよく、各チャンバは、少なくとも１の入口と少なくとも１の出口とを有していて、２以上の要素が各チャンバにおいて組み合わされる。容器型混合デバイスが使用されるとき、混合デバイスは、好ましくは過度の泡または空気の取り込みを生じることなく、要素を均一にかき混ぜかつ組み合わせるための混合機構を好ましくは含む。混合機構は当該分野において一般に知られており、撹拌機、ブレンダ、かき混ぜ機、パドルバッフル、ガススパージャシステム、バイブレータなどが挙げられる。

【0101】

記載されている研磨組成物は、いずれの好適な基板を研磨するのにも有用であり得、誘電体含有（例えば、シリコン酸化物含有）表面、特に、誘電体材料のトレンチ部によって離される隆起誘電体部を含むパターン誘電体の領域を有するものを含む基板を研磨するのに特に有用であり得る。例示的基板として、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリまたは剛体ディスク、層間誘電体（ＩＬＤ）デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスなどの要素としての使用のために加工されているものが挙げられる。

【0102】

いずれのタイプのデバイスの基板でも、基板表面は、表面構造またはトポグラフィも含む下層上に置かれた誘電体材料の連続したさらに構造化された（非平面状の、非平滑）層を含む。かかる誘電体層表面の構造化された非平面状の領域は、「パターン誘電体」と称される。これは、下層に存在するトレンチまたはホールを充填するように下層の不均一構造上に置かれた誘電体材料から得られるものである。全てのトレンチまたはホールなどの完全な充填、及びトレンチまたはホールなどを含有する下層の表面上の全被覆を確保するために、誘電体材料は、過剰量で堆積される。誘電体材料は、下層の不均一なトポグラフィに追随して、トレンチによって離された隆起部によって特徴付けられる堆積された連続誘電体表面を生じさせる。隆起しているところは、活性な研磨及び材料の除去の箇所であり、誘電体材料の大部分が除去されている箇所を意味している。パターン誘電体材料はまた、「段差高さ」と称されるものによっても特徴付けられ、これは、隣接するトレンチにおける誘電体材料の高さに対する隆起箇所の誘電体材料の高さである。

【0103】

研磨組成物は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）または同様のプロセスを経た基板を平坦化または研磨するのに特によく適しており、これにより、誘電体が、構造化された下層上にコーティングされて、パターン誘電体材料の領域を生じさせる。シャロートレンチアイソレーションを経た基板では、典型的な段差高さは、１，０００オングストローム〜７，０００オングストロームの範囲であり得る。

【0104】

記載されている研磨組成物のある特定の実施形態もまた、製造過程の３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイスである基板を平坦化または研磨するのに有用である。かかる基板において、下層は、半導体層から作製されており、該半導体層は、トレンチ、ホール、または、高アスペクト比、例えば少なくとも１０：１、３０：１、６０：１もしくは８０：１のアスペクト比を有する他の構造体を含んでいる。かかる高アスペクト比の構造体を有する表面が誘電体材料によってコーティングされるとき、得られるパターン誘電体は、高い段差高さ、例えば、実質的に７，０００オングストローム超、例えば、１０，０００、２０，０００、３０，０００、もしくは４０，０００オングストローム超、またはこれを超える段差高さを示す。

【0105】

本明細書に記載されているデバイスのいずれかの誘電体層は、種々の形態のシリコン酸化物及びシリコン酸化物系誘電体材料を含めて、多くが周知であるいずれの好適な誘電体材料を含んでいてよく、これから本質的になっていてよく、またはこれからなっていてよい。例えば、シリコン酸化物またはシリコン酸化物系誘電体層を含む誘電体層は：テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）酸化物、化学真空蒸着（ＣＶＤ）酸化物、プラズマ増強テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、または非ドープシリケートガラス；のいずれか１以上を含み得、これからなり得、またはこれから本質的になり得る。

【0106】

過去において、パターン誘電体材料の活性研磨領域の下の箇所におけるシリコン窒化物層（例えば、「シリコン窒化物キャップ」または「ライナー」）、例えば、構造化された半導体層のランド面上の「キャップ」を含むように調製されたパターン誘電体の平坦化を必要とする基板のいくつかの例。シリコン窒化物は、シリコン窒化物層に到達したら活性領域における誘電体材料の研磨及び除去の停止を引き起こすように設計される。シリコン窒化物層は、最終トポグラフィにおけるトレンチ損失及びディッシングを低減することが意図される方法で研磨工程において材料の除去を停止させる機能を有する。この工程は、しかし、製造プロセスにかなりのコストを付加しており、依然としてディッシングを完全に防止できていない。

【0107】

本記載のプロセスによると、基板は、誘電体研磨及び除去工程の意図される最後の箇所にあるシリコン窒化物ライナーを含んでいてよい。他の実施形態において、基板は、活性部から誘電体を除去する工程の最終の箇所に堆積されたシリコン窒化物「ライナー」または「キャップ」を必要とせず、また、任意選択的かつ好ましくはこれを排除することができる。

【0108】

基板は、本明細書に記載されている研磨組成物を用いて、いずれの好適な技術、特に、学機械研磨（ＣＭＰ）機器を使用したＣＭＰ加工によって平坦化または研磨されてもよい。典型的には、ＣＭＰ装置は、使用時に、運動しており、軌道、直線または円運動から得られる速度を有しているプラテンと；プラテンに接触し、運動中にプラテンと共に移動する研磨パッドと；研磨パッドの表面に接触してこ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キャリアとを含む。研磨は、記載されている研磨組成物と接触して置かれている基板、及び典型的には研磨パッドによって行われ、基板の表面、例えば、パターン誘電体材料の少なくとも一部分を次いで除去する。いずれの好適な研磨条件を使用することもできる。

【0109】

基板は、いずれの好適な研磨パッド（例えば、研磨表面）と併せて化学機械研磨組成物によって平坦化または研磨されてもよい。好適な研磨パッドとして、例えば、織布及び非織布研磨パッドが挙げられる。また、好適な研磨パッドとして、密度、硬度、厚さ、圧縮率、圧縮の際のリバウンド能、及び圧縮係数を変動させるいずれの好適なポリマーを挙げることもできる。好適なポリマーとして、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、これらの共形成生成物、及びこれらの混合物が挙げられる。

【0110】

任意選択的に、ＣＭＰ装置は、多くが当該分野において周知であるインサイチュ研磨終点検出システムを含む。ワークピースの表面から反射される光または他の放射線を分析することによって研磨プロセスを検査及びモニタリングするための技術は、当該分野において公知である。かかる方法は、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、及び米国特許第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関する研磨プロセスの進行の検査及びモニタリングは、研磨終点の決定、すなわち、特定のワークピースに関して研磨プロセスをいつ終了させるかの決定を可能にする。

【0111】

好ましい方法によると、パターン誘電体は、隆起部（初期高さｈ０を有する）とトレンチ（初期トレンチ厚さｔ０を有する、図１を参照されたい）との間の段差高さを低減するように平坦化及び研磨される。この平坦化を有効及び効率的に達成するために、プロセスは、トレンチの誘電体材料の実質的に低い除去率に伴って、パターン誘電体材料の隆起部（活性）の高い除去率を含むべきである。最も好ましくは、プロセスはまた、自己停止機能性も示す。

【0112】

ＣＭＰ研磨または平坦化の際、誘電体材料は、隆起部から除去され、かつトレンチから少量で除去される。研磨の際、隆起部の高さは、トレンチの高さと、最終的に、本質的に同じ高さとなるように減少する。このことは、例えば、段差高さが１，０００オングストローム未満、例えば、９００、５００、３００、または２５０オングストローム未満に低減されることを意味することができる。隆起部１２の高さを低減することにより、トレンチ間の隆起部のパターンを除去して、該パターンを有効に除去し、かつ該パターンを、平坦化された誘電体、すなわち、「ブランケットの誘電体または「ブランケット酸化物」のフィールドに変換しており、これは、誘電体材料の実質的に平坦化された領域を意味している。

【0113】

加工されている基板に応じて、初期段差高さは、少なくとも１，０００、２，０００、または５，０００オングストロームであってよく、ＣＭＰ加工の工程を開始する前に測定されるとき、７，０００オングストロームを実質的に超え、例えば、これを超え、または少なくとも１０，０００、２０，０００、３０，０００、もしくは４０，０００オングストロームを超えていてよい。

【0114】

図１（ノンスケールである）は、研磨前の基板の初期段差高さｈ０及び初期トレンチ厚さｔ０を概略的に示す。研磨後、段差高さはｈ１に低減され、トレンチ厚さはｔ１に低減される。

【0115】

図１を参照すると、初期段差高さｈ０を有する例示的基板が示されており、初期トレンチ厚さはｔ０である。この段差高さの材料は、大部分が誘電体、例えば、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、または他のアモルファスシリカ含有材料であり得る。３Ｄ ＮＡＮＤ誘電体加工における重要な工程（及び他のバルク酸化物除去）は、段差高さｈ１を低い数（例えば、＜１０００または＜９００オングストローム）に、できるだけ低いトレンチ損失（ｔ０−ｔ１）で低減することである。良好な平坦化効率では、最終段差高さが、妥当なトレンチ損失で達成されなければならない。これは、活性（隆起）部において、トレンチ部におけるよりも高い除去率を有するスラリーを必要とする。加えて、好ましいスラリーは、「自己停止」または「平面での停止」挙動を結果として生じ、過剰研磨を引き起こさないより有効な最終研磨を可能にする。所望のスラリーは、ブランケット（実質的に平滑）誘電体材料における除去率と比較してはるかに高いパターン除去率（活性部での除去率）を有する。

【0116】

活性部における誘電体材料の除去率は、パターン材料（例えば、パターン酸化物）の除去率、または「パターン除去率」もしくは「活性除去率」と称される。プロセス及び記載されているスラリーを使用して達成されるパターン除去率は、いずれの有用な率であることもでき、いずれの所与のプロセス及び基板でも、隆起部の寸法（例えば、幅）に大部分が左右される。好ましいプロセスによると、パターン誘電体材料の除去率は、１分当たり少なくとも２，０００オングストローム、好ましくは１分当たり少なくとも４，０００オングストローム、例えば、１分当たり少なくとも約５，０００または６，０００オングストローム、任意選択的に、１分当たりなお最大で１０，０００、１４，０００、または１５，０００オングストロームであり得る。

【0117】

本明細書に記載されている基板のＣＭＰ平坦化の好ましいプロセスによると、パターン誘電体は、５分未満、例えば、３、２、または１分未満である時間で、パターン誘電体のＣＭＰ加工によって、平坦化された表面に加工され得る。これにより、少なくとも７，０００または１０，０００、例えば、２０，０００、３０，０００、または４０，０００オングストロームの段差高さを含むパターン誘電体を有する基板が得られ得る。表面は、１，０００オングストローム未満、例えば、９００オングストローム、５００オングストローム、３００オングストローム、または２５０オングストローム未満の（研磨によって）低減された段差高さ（すなわち、「残存」段差高さ）を達成する際に有効に平坦化されると考えられる。

【0118】

記載されているスラリーを使用するある特定の好ましいプロセスによっても、ヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有しないスラリーと比較して、トレンチ損失が低減され得、平坦化効率が改善され得る。トレンチ損失は、ＣＭＰ加工前のトレンチの厚さ（ｔ０）と、より少ない、ＣＭＰ加工後のトレンチの厚さ（ｔ１）との差；ｔ０−ｔ１に等しいトレンチ損失を称する（図１を参照されたい）（所与の加工時間または結果）。好ましいプロセス及びスラリーによると、平坦化への研磨の際（例えば、１，０００オングストローム未満、例えば、９００、５００、３００、または２５０オングストローム未満の「残存」段差高さによって定義されている）、または所与の加工時間量で生じるトレンチ損失の量は、記載されているスラリーにおけるヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸の存在によって減少され得；すなわち、記載されているスラリー（ヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有する）を使用する、記載されているプロセスに関するトレンチ損失は、同様であるがヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有しないスラリーによって同じ基板を加工する同じプロセスを使用してさもなければ生じるトレンチ損失の量より実質的に少ない（例えば、少なくとも１０パーセント未満）。

【0119】

より低いトレンチ損失は、平坦化効率において反映され得、プロセスに関するトレンチ損失（オングストローム）によって除算された段差高さの低減（オングストローム）と称する。本記載の好ましいプロセスによると、平坦化効率は、記載されているスラリーにおけるヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸の存在によって改善され得；すなわち、記載されているスラリー（ヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有する）を使用する、記載されているプロセスに関する平坦化効率は、同様の基板を加工しかつ同一のプロセス条件及び機器を使用したとき、同様のプロセス及び同様のスラリー（しかし、ヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有しない）を使用して生じる平坦化効率よりも実質的に大きい（例えば、少なくとも１０パーセント超）。記載されているプロセスの望ましい平坦化効率レベル（トレンチ損失によって除算された段差高さの低減）は、少なくとも２．０、好ましくは少なくとも３．０、例えば、少なくとも約３．５であり得る。

【0120】

好ましいプロセスはまた、自己停止挙動も示すことができ、ブランケット誘電体からの誘電体材料の除去率（１，０００オングストローム、９００オングストローム、５００オングストローム未満、または３００もしくは２００オングストローム未満の段差高さに達したとき）（すなわち、「ブランケット除去率」）が、同じプロセスのパターン除去率よりも有意に低いことを意味する。本記載の好ましいプロセスによると、自己停止挙動は、ブランケット誘電体材料の除去率が１分当たり１，０００オングストローム未満、好ましくは１分当たり８００オングストローム未満、例えば、１分当たり約５００オングストローム未満であるときに生じると考えられる。

【0121】

別の手段により、自己停止挙動が、ブランケット除去率をパターン除去率と比較することによって測定されてよい。ブランケット除去率対パターン除去率の比が低いことは、良好な自己停止挙動を示している。好ましいプロセスによると、本明細書に記載されているスラリーを使用した、ブランケット除去率対パターン除去率の比は、１未満、例えば、０．５未満、または０．１未満であり得る。この比は、記載されているスラリー（ヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有する）を使用する、記載されているプロセスでは、同様であるがヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有しないスラリーによって同じ基板を加工する同じプロセスを使用して生じる比と比較して、より低い。

【実施例】

【0122】

本開示は、以下の例に示されているように、セリア含有スラリーにおいて予想外に良好な平坦化効率及び自己停止挙動を付与する化学剤の発見に基づいている。以下の例において、研磨「対照スラリー」は、出願人の同時係属の特許出願第１４／６３９，５６４号において記載されているセリア系スラリーである。「対照スラリー」（「対照スラリー履歴曲線」において提示されているものを含む）は、セリア粒子（０．３％）、ピコリン酸（５００ｐｐｍ）を含み、約４．０のｐＨを有する。対照スラリーのセリア粒子は、１００ナノメートルのＤ５０粒度を有した。

【0123】

使用される研磨ツールは、Ｍｉｒｒａであり；下方の力の圧力は平行インチ当たり３ポンドであり；スラリー流量は１分当たり１５０ミリリットルであった。パターンウェハは、２ミクロンの初期段差高さを含み、ＴＥＯＳからなっていた（「パターンウェハ」）。パターンウェハは、いくつかの異なるフィーチャサイズ、例えば、とりわけ、１０×１０×３ミリメートル（ｍｍ）（フィーチャ寸法を表す１０×１０及びトレンチ幅を表す３ｍｍ）、及び５×５×３ｍｍを含有した。別途示さない限り、３Ｄ ＮＡＮＤパターンウェハにおける研磨時間は、１５０〜１９０秒であり、ＳＴＩ−１０Ｋパターンウェハでは４５〜６５秒であった。使用した研磨パッドは、Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから市販されているＲ２００−０１パッドであり、コンディショナーは、Ｓａｓｏｌ Ｃ７であった。実証されているように、サリチルヒドロキサム酸は、（低減したトレンチ損失に起因して）予想外に良好な自己停止性能及び平坦化効率を付与する。

【0124】

実施例１
図２は、対照スラリーによって、及びＳＨＡ（サリチルヒドロキサム酸）を含有するセリアスラリーによって研磨されたパターンウェハの高解像度表面形状測定装置による測定を示す。対象のフィーチャサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍであり、１０ｍｍは、活性（突出部）であり、３ｍｍはトレンチ部である。チャートによって示されているように、２５００オングストローム（Å）の段差高さにおいて、対照スラリーは、およそ４８００Åのトレンチ酸化物を損失するが、１００ｐｐｍのＳＨＡスラリーでは、これを約２４００Åまで低減し、酸化物損失が５０％低減される。別の言い方をすると、固定したトレンチ損失において、４０００Åとすると、ＳＨＡスラリーは、約１５００Åの段差高さまで下げることができるが、対照スラリーは３０００Åの段差高さを有する。ＳＨＡスラリーは、最終段差高さを約５０％低減する。この例は、ＳＨＡ含有セリアスラリーが、代替の化学物質（例えば、ピコリン酸）を含有しＳＨＡを含有しないことを除くとさもなければ同等であるスラリーと比較して、良好な平坦化効率を有することを実証している。

【0125】

実施例２
図３及び４は、セリア系スラリーにおけるＳＨＡの存在から予想外に得られる自己停止挙動を示す。この例において、ＳＨＡは、セリアと共にスラリーに含まれる。「対照スラリー」は、先に記載されている通りであり、ＳＨＡを有さずセリア及びピコリン酸を含む。図３は、パターン密度フィーチャの関数としてのパターン除去率を示し；対照スラリー及びＳＨＡ含有スラリーがいくぶん同様のパターン除去率を有し、差がたった約２０パーセントであることが分かる。図４は、ＳＨＡ含有スラリーのブランケット除去率が、対照スラリーのブランケット除去率よりも劇的に低い、すなわち、約１０００Å／分対約８０００Å／分であることを示す。この劇的により低いブランケット除去率は、「自己停止」挙動が、平坦化効率（ＰＥ）及びプロセス操作ウィンドウを改善するときに高度に有利であることを実証している。例えば、パターンウェハを研磨するとき、かかる低いブランケット除去率は、より広い過剰研磨ウィンドウに変換する、なぜなら、研磨の終わりに、ウェハフィーチャが、さらにブランケットウェハ領域のようになり、低い除去率が、トレンチ損失の低減の観点において有利であり得るからである。この例において、パターン除去率対ブランケット除去比は、ＳＨＡ含有スラリーについで約７である。

【0126】

実施例３：
研磨条件は、Ｒ２００−０１パッドの代わりにＩＣ１０１０パッドを使用し、実施例１及び２のパターンウェハの代わりにＳＴＩ−１０Ｋウェハを使用すること以外は実施例１及び２と同じである。ＳＴＩ−１０Ｋウェハは、パターンウェハの２０，０００Åの段差高さと比較して１０，０００Åの段差高さを有し、フィーチャサイズは、ＳＴＩ−１０Ｋウェハを横切って１ｍｍ未満である。例示スラリーは、セリア０．３％＋１７５ｐｐｍのＳＨＡ＋５０ｐｐｍのピコリン酸を含有し、ｐＨを４．０に調整する。例示スラリーは、９００×９００×９００ミクロンフィーチャ（９００ミクロンは、活性平方寸法及びトレンチ幅である）で約７５００Å／分のパターン除去率を有するが、ブランケットウェハにおける除去率は２５０Å／分の除去率より低い。この例において、パターン除去率対ブランケット除去率は約３０であり、所望の自己停止スラリーを結果として生じさせる。対照的に、対照スラリーは、７９００Å／分のパターン除去率、しかし、７８００のブランケット除去率、約１．０のパターン対ブランケット比を有する。
本開示は以下も包含する。
［１］
基板の誘電体含有表面を研磨する方法であって：
パターン誘電体材料において、前記誘電体材料の隆起部と前記誘電体材料のトレンチ部とを含んでいて、前記隆起部の高さと前記トレンチ部の高さとの間の差が段差高さである、前記誘電体材料を含む表面を含む基板を付与することと、
研磨パッドを付与することと、
以下を含む化学機械研磨組成物：
水性媒体；
前記水性媒体に分散された研削粒子、及び
式：

【化1】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸；
を付与することと、
スラリーが約７未満のｐＨを有していて、
前記基板を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物と接触させることと；
前記基板に対して前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を移動させて、前記基板の表面におけるシリコン酸化物層の少なくとも一部分を研削して、前記基板を研磨することと
を含む、前記方法。
［２］
Ｒが、２−ヒドロキシフェニル、Ｃ_１〜Ｃ_５分岐もしくは直鎖アルキル−置換フェニル、またはＣ_１〜Ｃ_５分岐もしくは直鎖アルキル（例えば、飽和）基である、上記態様１に記載の方法。
［３］
前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、サリチルヒドロキサム酸：

【化2】

である、上記態様１に記載の方法。
［４］
前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、約５〜約３，０００ｐｐｍの濃度で前記研磨組成物に存在する、上記態様１に記載の方法。
［５］
前記パターン誘電体が、シリコン酸化物、テトラエトキシシラン、リンケイ酸ガラス、またはホウリンケイ酸ガラスから選択される誘電体材料からなる、上記態様１に記載の方法。
［６］
前記パターン誘電体が、少なくとも１０００オングストロームの初期段差高さを含み、
前記方法が、前記段差高さを９００オングストローム未満に低減して、平坦化された（ブランケット）誘電体の領域を生じさせることを含み、
前記平坦化された（ブランケット）誘電体の除去率が、１分当たり５００オングストローム未満である、上記態様１に記載の方法。
［７］
前記パターン誘電体が、研磨前の初期段差高さと、研磨の終わりの最終段差高さとを含み、前記初期段差高さと前記最終段差高さとの間の差が、段差高さの低減であり、
前記パターン誘電体が、研磨前の初期トレンチ厚さと、研磨の終わりの最終トレンチ厚さとを含み、前記初期トレンチ厚さと前記最終トレンチ厚さとの間の差が、トレンチ損失であり、
前記トレンチ損失が、その他の点では同じであるがヒドロキサム酸、置換ヒドロキサム酸、またはサリチルヒドロキサム酸を含有していないスラリーによる、同じ基板において同じプロセスを使用して生じるトレンチ損失よりも実質的に少ない（例えば、少なくとも１０パーセント未満）、上記態様１に記載の方法。
［８］
前記隆起部から少なくとも１０，０００オングストロームの誘電体材料を除去することを含む、上記態様１に記載の方法。
［９］
誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物であって：
水性媒体と、
前記水性媒体に分散された研削粒子と、
式：

【化3】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸と
を含み、
スラリーが約７未満のｐＨを有している、前記組成物。
［１０］
前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、サリチルヒドロキサム酸：

【化4】

である、上記態様９に記載の組成物。
［１１］
前記ヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸が、約５〜約３，０００ｐｐｍの濃度で前記研磨組成物に存在する、上記態様９に記載の組成物。
［１２］
０．００１重量％以下の金属不動態化剤を含有する、上記態様９に記載の組成物。
［１３］
前記研削粒子が、研削粒子合計重量基準で少なくとも９９重量％のセリア、ジルコニア、シリカ、チタニア、またはこれらの混合物を含有する、上記態様９に記載の組成物。
［１４］
前記研削粒子が、湿式プロセスセリア粒子、焼成セリア粒子、金属ドープセリア粒子、ジルコニア粒子、金属ドープジルコニア粒子、またはこれらの組み合わせである、上記態様９に記載の組成物。
［１５］
前記セリア粒子が、約４０〜約１００ナノメートルのメジアン粒径を有する湿式プロセスセリア粒子であり、約０．００５重量％〜約２重量％の濃度で前記研磨組成物に存在し、少なくとも約３００ナノメートルの粒径分布を有する、上記態様９に記載の組成物。
［１６］
前記研削粒子が、約０．１重量％〜約０．５重量％の濃度で前記研磨組成物に存在する、上記態様９に記載の組成物。
［１７］
ｐＨ調整剤を含み、ｐＨが約１〜約６である、上記態様９に記載の組成物。
［１８］
誘電体含有基板を研磨するのに有用な化学機械研磨組成物であって：
水性媒体と、
前記水性媒体に分散されたセリアまたはセリア含有粒子と、
式：

【化5】

式中、Ｒは：水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、複素環式アルキル、及び複素環式アリール；からなる群から選択され、これらはいずれも、置換されていてもよい；のヒドロキサム酸または置換ヒドロキサム酸と
を含み、
スラリーが約７未満のｐＨを有している、前記組成物。
［１９］
前記セリアまたはセリア含有粒子が、純粋なセリア、金属ドープセリア、焼成セリア、湿式プロセスセリア及びこれらの組み合わせから選択される、上記態様１８に記載の組成物。
［２０］
前記セリアまたはセリア含有粒子が、１０〜２００ｎｍの範囲のＤ５０と、１００〜５００ｎｍの範囲の粒径分布とを有する、上記態様１８に記載の組成物。
［２１］
１０〜１０，０００ｐｐｍのピコリン酸を含む、上記態様１８に記載の組成物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】