特許 7231362 コバルト用ケミカルメカニカルポリッシング方法

(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】

(24)【登録日】2023-02-20

(45)【発行日】2023-03-01

(54)【発明の名称】コバルト用ケミカルメカニカルポリッシング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230221BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20230221BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20230221BHJP

   B24B 37/24 20120101ALI20230221BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622D

C09K3/14 550Z

C09K3/14 550D

H01L21/304 621D

H01L21/304 622F

B24B37/00 H

B24B37/24 C

【請求項の数】 4

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018175754

(22)【出願日】2018-09-20

(65)【公開番号】P2019057710

(43)【公開日】2019-04-11

【審査請求日】2021-09-06

(31)【優先権主張番号】15/710,892

(32)【優先日】2017-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504089426

【氏名又は名称】ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】弁理士法人 津国

(72)【発明者】

【氏名】ムラリ・ジー・ティヴァナヤガム

(72)【発明者】

【氏名】ホンユー・ワン

(72)【発明者】

【氏名】マシュー・ヴァン・ハネヘム

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０３０８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０１６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１０２２７９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｂ２４Ｂ ３７／００

Ｂ２４Ｂ ３７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること、
初期成分として：
水；
酸化剤；
少なくとも０．３重量％の量のアラニン又はその塩類；
２５ｎｍ以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；及び
任意選択的に、腐食防止剤；
任意選択的に、殺生物剤；
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、アニオン性ポリマー；
任意選択的に、界面活性剤；
を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること、
研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること、
前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること、及び
前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用し、前記コバルトの少なくとも一部を除去することを含み、
提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度で、≧２０００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度を有し；かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法。

【請求項2】

コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること、
初期成分として：
水
過酸化水素である酸化剤；
０．３重量％～５重量％のアラニン又はその塩類；
５ｎｍ～２５ｎｍの平均粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒；及び
任意選択的に、腐食防止剤；
任意選択的に、殺生物剤：
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、アニオン性ポリマー；
任意選択的に、界面活性剤；
を含むケミカルメカニカル研磨組成物であって、６以上のｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること、
研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること、
前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること、及び
前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用し、前記コバルトの少なくとも一部を除去することを含み、
提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度で、≧２０００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度を有し；かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法。

【請求項3】

コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること、
初期成分として：
水；
０．１重量％～２重量％の酸化剤であって、過酸化水素である酸化剤；
０．３重量％～５重量％のアラニン又はその塩類；
０．０１重量％～１０重量％の、１０ｎｍ～２４ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；及び、
任意選択的に、腐食防止剤；
任意選択的に、殺生物剤；
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、アニオン性ポリマー；
任意選択的に、界面活性剤；
を含むケミカルメカニカル研磨組成物であって、７～９のｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること、
研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること、
前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること、及び
前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用し、前記コバルトの少なくとも一部を除去することを含み、
提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度で、≧２０００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度を有し；かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法。

【請求項4】

コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること、
初期成分として：
水；
０．１重量％～１重量％の酸化剤であって、過酸化水素である酸化剤；
０．３重量％～１重量％のアラニン又はその塩類；
１重量％～３重量％の、２０ｎｍ～２３ｎｍの粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；及び、
任意選択的に、腐食防止剤；
任意選択的に、殺生物剤；
任意選択的に、ＫＯＨであるｐＨ調整剤；
任意選択的に、アニオン性ポリマー；
任意選択的に、界面活性剤；
を含むケミカルメカニカル研磨組成物であって、７．５～９のｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること、
研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること、
前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること、及び
前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用し、前記コバルトの少なくとも一部を除去することを含み、
提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度で、≧２０００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度を有し；かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、窒化チタンに対するコバルト除去速度選択比を少なくとも改善する、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの分野に係る。より具体的には、本発明は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、酸化剤、アラニン又はその塩類、２５ｎｍ以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を含む研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；その研磨パッドとその基板との間の界面において動的接触を生じさせること；及び、その研磨組成物を、その研磨表面上に、その研磨パッドとその基板との間の界面又はその近傍において施用して、コバルトの一部をその基板から研磨除去することにより、窒化チタンに対するコバルトの除去速度選択比を少なくとも改善する、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法に係る。

【背景技術】

【0002】

集積回路及び他の電子装置の製造においては、導体、半導体、及び絶縁材料の複数の層が半導体ウェーハの表面に付着され、又は半導体ウェーハの表面から除去される。導体、半導体、及び絶縁材料の薄層は多くの付着技術によって付着することが出来る。最新の方法の中で普及している付着技術としては、スパッタリングとしても知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、及び電気化学めっき法（ＥＣＰ）が挙げられる。

【0003】

材料層が順次付着され、除去されるにつれ、ウェーハの最上面は非平坦になる。後続の半導体加工（例えば、メタライゼーション）では、ウェーハが平らな表面を有することが要求されるために、ウェーハは平坦化される必要がある。平坦化は、例えば、粗面、凝集した材料、結晶格子損傷、スクラッチ、及び汚染された層又は材料のような、望ましくない表面トポロジー及び表面欠陥を除去するのに有用である。

【0004】

ケミカルメカニカルプラナリゼーション、又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基板を平坦化するのに用いられる一般的な技術である。従来のＣＭＰにおいては、ウェーハはキャリヤアセンブリ上に取り付けられ、ＣＭＰ装置において研磨パッドに接触するように配置される。キャリヤアセンブリは、ウェーハに制御可能な圧力を提供し、それを研磨パッドに対して押し付ける。パッドは、外部の駆動力によりウェーハに対して移動（例えば回転）する。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）又は他の研磨溶液が、ウェーハと研磨パッドとの間に供給される。前記ようにして、ウェーハ表面は、パッド表面及びスラリーの化学的かつ機械的な作用により研磨され、平坦化される。しかしながら、ＣＭＰは非常に多くの複雑さを含んでいる。各種の材料には、特有の研磨組成物、適切に設計された研磨パッド、研磨及びＣＭＰ研磨後のいずれをも清浄化するために最適化された方法設定、及び、具体的な材料の研磨の用途に個別に調節しなければならないその他の要因が要求される。

【0005】

１０ｎｍ又はそれ以下という高度な技術的ノードのため、バックエンドオブライン（Ｂａｃｋ Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｎｅ，ＢＥＯＬ）におけるトランジスタゲートを金属配線につなぐタングステンプラグ、及び、ＢＥＯＬにおける最初の数層の金属層のための金属線及びビア中の銅がコバルトに置換されつつある。これらの方式においては、コバルトがチタン／窒化チタンバリア層の最上に付着されることになる。すべてのこれら新規な方法では、所望の目標厚みに対する平坦性と材料間の選択比を達成することがＣＭＰに求められている。

【0006】

効率的な実施のために、ＣＭＰ業界では、２０００Å／ｍｉｎ又はそれ以上の高いコバルト除去速度を達成し、同時に、許容可能なトポグラフィー制御のために、低いバリア（例えば窒化チタン）除去速度を発揮することがコバルトスラリーに求められている。バリア層とは、導電性材料をオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）のような非導電性絶縁体誘電材料から分離し、一つの層から次の層への望まれない電子移動を抑止するものである。バリアを過剰に除去すると、電子移動を起こし、半導体装置の機能不全を引起こす結果となり得る。半導体産業は、装置のさらなる微細化によりチップ性能を絶え間なく改善することを強いられているので、種々の材料の寸法はより小さく、より薄くなり、半導体の形態はより高密度化し、そのことがＣＭＰを、コバルトのような金属の所望の除去速度を提供し、同時に、バリア層と絶縁材料の過剰な除去を防止して半導体装置の機能不全を防止するという、これまで以上に困難なものにしている。

【0007】

それ故に、少なくともコバルト：窒化チタンバリア除去速度選択比を改善する、コバルト用のＣＭＰ研磨方法及び研磨組成物の必要性がある。

【発明の概要】

【0008】

本発明は、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、酸化剤、少なくとも０．３重量％の量のアラニン又はその塩類、２５ｎｍ以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒、及び、任意選択的に、腐食防止剤、任意選択的に、殺生物剤、任意選択的に、ｐＨ調整剤、及び、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；そのケミカルメカニカル研磨パッドとその基板との間の界面において動的接触を生じさせること；並びに、前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用し、前記コバルトの一部を基板から研磨除去することを含む方法を提供する。

【0009】

本発明は、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、酸化剤、０．３重量％～５重量％の量のアラニン又はその塩類、５ｎｍ～２５ｎｍの粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒、６よりも大きいｐＨ、任意選択的に、腐食防止剤、任意選択的に、殺生物剤、及び、任意選択的に、ｐＨ調整剤、及び、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること；並びに、前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、ケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用することを含み；前記コバルトの一部が前記基板から研磨除去され；提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度で、≧２０００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度を有し；かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む方法を提供する。

【0010】

本発明は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、０．０１重量％～５重量％の酸化剤（ここで前記酸化剤は過酸化水素である）、０．３重量％～５重量％の量のアラニン又はその塩類、５ｎｍから２５ｎｍ未満の平均粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒、７～９のｐＨ、任意選択的に、腐食防止剤、任意選択的に、殺生物剤、任意選択的に、ｐＨ調整剤、及び、任意選択的にアニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること；並びに、前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用することを含み、前記コバルトの一部が前記基板から研磨除去され；提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度で、≧２０００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度を有し；前記ケミカルメカニカル研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、化学的機械的にコバルトを研磨する方法を提供する。

【0011】

本発明は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、０．１重量％～２重量％の酸化剤（ここで前記酸化剤は過酸化水素である）、０．３重量％～２重量％のアラニン又はその塩類、０．０１重量％～１０重量％の、１０ｎｍ～２４ｎｍの平均粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒、７．５～９のｐＨ、任意選択的に、０．００１重量％～１重量％の腐食防止剤、及び、任意選択的に、ｐＨ調整剤、任意選択的に、殺生物剤、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること；並びに、前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用することを含み、前記コバルトの一部が前記基板から研磨除去される、化学的機械的にコバルトを研磨する方法を提供する。

【0012】

本発明は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、０．１重量％～１重量％の酸化剤（ここで前記酸化剤は過酸化水素である）、０．３重量％～１重量％のアラニン又はその塩類、２０～２３ｎｍの平均粒径及び負の表面電荷を有する０．０５重量％～５重量％のコロイダルシリカ砥粒、任意選択的に、０．００１重量％～０．５重量％の腐食防止剤、８～９のｐＨ、及び、ｐＨ調整剤（ここで前記ｐＨ調整剤はＫＯＨである）、及び、任意選択的に、殺生物剤、及び、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること；並びに、前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用することを含み、前記コバルトの一部が前記基板から研磨除去される、化学的機械的にコバルトを研磨する方法を提供する。

【0013】

本発明の上記諸方法は、初期成分として、水、少なくとも０．３重量％の量のアラニン又はその塩類、酸化剤、２５ｎｍ以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒、及び、任意選択的に、殺生物剤、任意選択的に、腐食防止剤、及び、任意選択的に、ｐＨ調整剤、及び、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を用いて、高研磨速度でコバルトを研磨し、当該コバルトの少なくとも一部を除去し、高いコバルト：窒化チタン除去速度選択比を与えるものである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［発明の詳細な説明］
本明細書全体を通じて使用される次の略語は、文脈に別段の指示がない限り、次の意味を有する：℃＝摂氏温度、ｇ＝グラム、Ｌ＝リットル、ｍＬ＝ミリリットル、μ＝μｍ＝ミクロン、ｋＰａ＝キロパスカル、Å＝オングストローム、ｍＶ＝ミリボルト、ＤＩ＝脱イオン化された、ｍｍ＝ミリメートル、ｃｍ＝センチメートル、ｍｉｎ＝分、ｓｅｃ＝秒、ｒｐｍ＝毎分の回転数、ｌｂｓ＝ポンド、ｋｇ＝キログラム、Ｃｏ＝コバルト、Ｔｉ＝チタン、ＴｉＮ＝窒化チタン、Ｈ_２Ｏ_２＝過酸化水素、ＫＯＨ＝水酸化カリウム、ｗｔ％＝重量パーセント、ＰＶＤ＝物理蒸着法、ＲＲ＝除去速度、ＰＳ＝研磨スラリー、及びＣＳ＝対照スラリー。

【0015】

用語「ケミカルメカニカルポリッシング」又は「ＣＭＰ」は、基板を化学的及び機械的力のみを用いて研磨する方法をいい、基板に電気的バイアスをかける電気化学的・機械的研磨（ＥＣＭＰ）から区別される。用語「アラニン」はα－アミノ酸を意味し、Ｌ－アラニン、Ｄ－アラニンを含むことが出来、また、Ｌ－アラニンとＤ－アラニンのラセミ混合物を含むことが出来る。用語「ＴＥＯＳ」はオルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）の分解により形成される二酸化ケイ素を意味する。用語「ａ」及び「ａｎ」は単数及び複数の両方をいう。すべての百分率は、特に断りのない限り、重量百分率である。すべての数値範囲は、こうした数値範囲が論理的に最大１００％に制限される場合を除き、閾値を包含し、任意の順序で組合せ可能である。

【0016】

基板がコバルト及び窒化チタンを含む、本発明の基板を研磨する方法は、初期成分として、水、酸化剤、少なくとも０．３％の量のアラニン又はその塩類、２５ｎｍ以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒、及び、任意選択的に、殺生物剤、任意選択的に、腐食防止剤、任意選択的に、ｐＨ調整剤；及び、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含むケミカルメカニカル研磨組成物を用いて、基板表面からコバルトの少なくとも一部を除去し、高いコバルト：窒化チタン除去速度選択比を与える。

【0017】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期成分として、水、好ましくは、少なくとも０．０１重量％～５重量％の量、より好ましくは、０．１重量％～２重量％の量、さらにより好ましくは０．１重量％～１重量％の量の酸化剤、０．３重量％以上、好ましくは、０．３重量％～５重量％、より好ましくは、０．３重量％～３重量％、より一層好ましくは、０．３重量％～２重量％、最も好ましくは、０．３重量％～１重量％の量のアラニン又はその塩類又はそれらの混合物、好ましくは、０．０１重量％～１０重量％、より好ましくは、０．０５重量％～５重量％、より一層好ましくは０．１重量％～５重量％の量、さらになお一層好ましくは、０．２重量％～３重量％、最も好ましくは、１重量％～３重量％の量の、２５ｎｍ以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒、及び、任意選択的に、殺生物剤、任意選択的に、好ましくは０．００１重量％～１重量％の量、より好ましくは０．００１重量％～０．５重量％の量の腐食防止剤、及び、任意選択的に、ｐＨ調整剤（好ましくは、ここで前記ケミカルメカニカル研磨組成物は６よりも大きく、好ましくは、７～９、より好ましくは、７．５～９、より一層好ましくは、８～９、最も好ましくは、８～８．５のｐＨを有する）、及び、任意選択的に、アニオン性ポリマーを含み、好ましくは、これらからなるケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面において動的接触を生じさせること；並びに、前記ケミカルメカニカル研磨組成物を、前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に、前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近傍において施用することを含み、前記コバルトの少なくとも一部が前記基板から研磨除去される。

【0018】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物中の初期成分として含まれる水は、些少な不純物を制限するために、脱イオン水及び蒸留水の少なくともいずれかである。

【0019】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として酸化剤を含み、ここで、前記酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、モノ過硫酸塩類、ヨウ素酸塩類、過フタル酸マグネシウム、過酢酸及び他の過酸類、過硫酸、臭素酸塩類、過臭素酸塩、過硫酸塩、過酢酸塩、過ヨウ素酸塩、硝酸塩類、鉄塩類、セリウム塩類、Ｍｎ（ＩＩＩ），Ｍｎ（ＩＶ）及びＭｎ（ＶＩ）塩類、銀塩類、銅塩類、クロム塩類、コバルト塩類、ハロゲン類、次亜塩素酸塩、及びそれらの混合物からなる群より選択される。より好ましくは、酸化剤は過酸化水素、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、過硫酸塩、及び、過酢酸から選択される。最も好ましくは、酸化剤は過酸化水素である。

【0020】

本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、好ましくは、０．０１重量％～５重量％、より好ましくは、０．１重量％～２重量％、より一層好ましくは、０．１重量％～１重量％、最も好ましくは０．１重量％～０．５重量％の酸化剤を含む。

【0021】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、少なくとも０．３重量％の量のアラニン、アラニン塩類、又はそれらの混合物を含む。アラニン塩類は、限定されないが、Ｌ－アラニンモノナトリウム塩、及び、Ｌ－アラニンモノカリウム塩を含む。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、アラニンが、その塩類及びそれらの混合物の代りに、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物に含まれる。本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、０．３重量％～５重量％、好ましくは、０．３重量％～３重量％、より好ましくは、０．３重量％～２重量％、最も好ましくは０．３重量％～１重量％のアラニン、その塩類又はそれらの混合物を含む。

【0022】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、２５ｎｍ以下の粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含む。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有し、かつ永久的な負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含み、ここでケミカルメカニカル研磨組成物は６よりも大きい、好ましくは、７～９、より好ましくは、７．５～９、さらにより好ましくは、８～９、そして最も好ましくは、８～８．５のｐＨを有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有し、かつ永久的な負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含み、ここでケミカルメカニカル研磨組成物は６よりも大きい、好ましくは、７～９、より好ましくは、７．５～９、さらにより好ましくは、８～９、そして最も好ましくは、８～８．５のｐＨを有し、ここでゼータ電位は－０．１ｍＶ～－３５ｍＶである。

【0023】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、動的光散乱法によって測定したとき、２５ｎｍ以下、好ましくは、５ｎｍ～２５ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍから２５ｎｍ未満、より一層好ましくは１０ｎｍ～２４ｎｍ、さらにより好ましくは、１０ｎｍ～２３ｎｍ、最も好ましくは、２０ｎｍ～２３ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を含む。適切な粒子径測定装置は、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＵＫ）より入手可能である。

【0024】

球が結合し又は連なった繭形状のコロイダルシリカとは対照的に、前記コロイダルシリカ砥粒は好ましくは球状である。球状コロイダルシリカの大きさは粒子の直径で測定される。これに対し、繭形状粒子の大きさは、粒子を包含する最小球体の直径及び粒子長である。市販の球状コロイダルシリカ粒子の例は、Ｆｕｓｏ ＰＬ－２Ｌ（平均粒径２３ｎｍ）（Ｆｕｓｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，ＬＴＤ より入手可能）、及びＫ１５９８－Ｂ－１２（平均粒径２０ｎｍ）（ＥＭＤ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡより入手可能）である。市販の繭形状のコロイダルシリカ粒子の例はＦｕｓｏ ＳＨ－３（平均粒径５３ｎｍのコロイダルシリカ粒子が平均長７０ｎｍを有する結合した球を形成している）、及びＦｕｓｏ ＰＬ－２（平均直径３７ｎｍの繭形状のコロイダルシリカ粒子が平均長７０ｎｍを有する結合した球を形成している、入手時の固形分は２０重量％）で、両方ともＦｕｓｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，ＬＴＤより入手可能である。

【0025】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、動的光散乱法によって測定したとき、２５ｎｍ以下、好ましくは、５ｎｍ～２５ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍから２５ｎｍ未満、より一層好ましくは、１０ｎｍ～２４ｎｍ、さらにより好ましくは、１０ｎｍ～２３ｎｍ、最も好ましくは２０ｎｍ～２３ｎｍの粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を、０．０１重量％～１０重量％、好ましくは、０．０５重量％～５重量％、より好ましくは、０．１重量％～５重量％、より一層好ましくは、０．２重量％～３重量％、そして最も好ましくは、１重量％～３重量％含む。好ましくは、コロイダルシリカ砥粒は負のゼータ電位を有する。

【0026】

任意選択的に、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、腐食防止剤を含み、ここで腐食防止剤は、複素環式窒素化合物、非芳香族ポリカルボン酸、およびそれらの混合物からなる群より選択され、ここで、前記複素環式窒素化合物は、アデニン、１，２，４－トリアゾール、イミダゾール、ポリイミダゾール、及びそれらの混合物からなる群より選択され、そして、ここで、前記非芳香族ポリカルボン酸は、限定されないが、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、クエン酸、これらの塩類又はそれらの混合物を含む。好ましくは、上記の非芳香族ポリカルボン酸類は、ナトリウム、カリウム、及びアンモニウムの塩類の一つ以上から選択される。本発明の基板をケミカルメカニカル研磨する方法において、前記ケミカルメカニカル研磨組成物が複素環窒素化合物を含むとき、好ましくは、初期成分として、複素環式化合物はアデニンである。本発明の基板を研磨する方法において、前記ケミカルメカニカル研磨組成物が非芳香族ポリカルボン酸を含むとき、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、好ましくは、リンゴ酸、シュウ酸、アジピン酸、クエン酸、これらの塩類及びそれらの混合物からなる群より選択される非芳香族ポリカルボン酸を含む。より好ましくは、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物が初期成分として非芳香族ポリカルボン酸を含むとき、非芳香族ポリカルボン酸はリンゴ酸、クエン酸、アジピン酸、これらの塩類及びそれらの混合物からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物が初期成分として非芳香族ポリカルボン酸を含むとき、非芳香族ポリカルボン酸は非芳香族ジカルボン酸であるアジピン酸又はその塩類であり、ここで、好ましくは、前記塩類はアジピン酸ナトリウム、アジピン酸カリウム、及びアジピン酸アンモニウムからなる群より選択される。

【0027】

腐食防止剤が本発明の基板を研磨する方法に含まれるとき、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、複素環式窒素化合物、非芳香族ポリカルボン酸及びそれらの混合物からなる群より選択される、０．００１重量％～１重量％、より好ましくは、０．００１重量％～０．５重量％、より一層好ましくは、０．００５重量％～０．１重量％の腐食防止剤を含み、ここで、前記複素環式窒素化合物はアデニン、１，２，４－トリアゾール、イミダゾール、ポリイミダゾール、及びこれらの混合物からなる群より選択され、そして、ここで、前記非芳香族ポリカルボン酸はシュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、クエン酸、これらの塩類及びそれらの混合物からなる群より選択される。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、０．００１重量％～１重量％、より好ましくは、０．００１重量％～０．５％、最も好ましくは、０．００５重量％～０．１重量％の複素環式窒素化合物であるアデニン、ジカルボン酸であるアジピン酸、アジピン酸の塩類、又はそれらの混合物を含み、ここで、前記塩類は好ましくは、アジピン酸ナトリウム、アジピン酸カリウム、及びアジピン酸アンモニウムからなる群より選択される。

【0028】

腐食防止剤が本発明の基板のケミカルメカニカルポリッシングの方法に含まれるとき、前記ケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、非芳香族ポリカルボン酸又はその塩を含むことが最も好ましく、ここで、非芳香族ポリカルボン酸又はその塩は、アジピン酸、アジピン酸の塩、リンゴ酸、リンゴ酸の塩、マレイン酸、マレイン酸の塩、及びそれらの混合物からなる群から選択される非芳香族ジカルボン酸又はそれらの塩であり、そして、ここで、ケミカルメカニカル研磨組成物は、アゾール系腐食防止剤、アゾール系腐食防止剤の誘導体、並びに複素環式窒素化合物腐食防止剤を含まないことが最も好ましい。

【0029】

本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、６より大きいｐＨを有する。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、７～９のｐＨを有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、７．５～９のｐＨ、より一層好ましくは、８～９のｐＨを有し、そして、最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、８～８．５のｐＨを有する。

【0030】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、任意選択的に、ｐＨ調整剤を含む。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機及び有機のｐＨ調整剤からなる群より選択される。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機酸及び無機塩基からなる群より選択される。より好ましくは、ｐＨ調整剤は、硝酸及び水酸化カリウムからなる群より選択される。最も好ましくは、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである。

【0031】

任意選択的に、本発明の方法において、ケミカルメカニカル研磨組成物は殺生物剤を含み、例えば、ＫＯＲＤＥＫ（商標）ＭＬＸ（９．５～９．９％のメチル－４－イソチアゾリン－３－オン、８９．１～８９．５％の水、及び≦１．０％の関連反応生成物）又はＫＡＴＨＯＮ（商標）ＩＣＰＩＩＩ（活性成分である２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン及び５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンを含む）であり、各々はＴｈｅ Ｄｏｗ ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社製である（ＫＡＴＨＯＮ及びＫＯＲＤＥＫはＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの商標である）。

【0032】

本発明の基板を研磨する方法において、任意選択的に、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、０．００１重量％～０．１重量％、好ましくは、０．００１重量％～０．０５重量％、より好ましくは、０．０１重量％～０．０５重量％、さらにより好ましくは、０．０１重量％～０．０２５重量％の殺生物剤を含むことが出来る。

【0033】

任意選択的に、本発明の方法において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、例えばエステル類、エチレンオキサイド類、アルコール類、エトキシラート類、シリコン化合物類、フッ素化合物類、エーテル類、配糖体類及びそれらの誘導体を含む非イオン性界面活性剤のような、消泡剤類をさらに含むことが出来る。ラウリルエーテル硫酸ナトリウム（ＳＬＥＳ）並びにカリウム及びアンモニウム塩類のようなアニオン性エーテル硫酸塩。また、界面活性剤は両性界面活性剤とすることが出来る。

【0034】

本発明の基板を研磨する方法において、任意選択的に、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、０．００１重量％～０．１重量％、好ましくは、０．００１重量％～０．０５重量％、より好ましくは、０．０１重量％～０．０５重量％、さらにより好ましくは、０．０１重量％～０．０２５重量％の界面活性剤を含むことが出来る。

【0035】

任意選択的に、本発明の基板を研磨する方法において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、アニオン性ポリマーをさらに含むことが出来る。好ましくは、アニオン性ポリマーはポリ（アクリル酸）、ポリ（マレイン酸）、及びポリ（ビニルホスホン酸）から選択される。

【0036】

本発明の基板を研磨する方法において、任意選択的に、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、０．００１重量％～１重量％、好ましくは、０．００５重量％～０．５重量％、より好ましくは、０．０２重量％～０．５重量％、さらにより好ましくは、０．０２重量％～０．１重量％のアニオン性ポリマーを含むことが出来る。

【0037】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、当技術分野で公知の任意の適切な研磨パッドとすることが出来る。当業者は本発明の方法に用いるための適切なケミカルメカニカル研磨パッドを選定することができる。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、織布及び不織布の研磨パッドから選定される。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、ポリウレタン研磨層を含む。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。好ましくは、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、研磨表面上に少なくとも一つの溝を有する。

【0038】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上に、そのケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近傍において施用される。

【0039】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で、研磨される基板の表面に対して垂直な０．６９～３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を生じさせる。

【0040】

好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、≧２０００Å／ｍｉｎ、好ましくは、≧２５００Å／ｍｉｎ、より好ましくは、≧３０００Å／ｍｉｎ、さらにより好ましくは、≧４０００Å／ｍｉｎ、より一層好ましくは、≧４２００Å／ｍｉｎ、さらにより好ましくは≧４７００Å／ｍｉｎのコバルト除去速度、及び、コバルト：窒化チタン選択比≧４０：１、好ましくは、コバルト：窒化チタン選択比≧４４：１、より好ましくは、コバルト：窒化チタン選択比≧６０：１、さらにより好ましくは、コバルト：窒化チタン選択比≧１００：１を有し、そして、ここで、さらに好ましいコバルト：窒化チタン選択比は４４：１～１４０：１、又は６９：１～１４０：１であり、そして、ここでは、２００ｍｍの研磨機上、１３．８ｋＰａの公称ダウンフォース、２００ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流速、毎分８７回転のキャリヤ速度、毎分９３回転のプラテン回転速度が用いられ、そして、ここで、ケミカルメカニカル研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含むポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。

【実施例】

【0041】

以下の例は、本発明の一つ又はそれ以上の態様のコバルト：窒化チタン除去速度選択比を説明しようとするものであるが、その範囲を限定しようとするものではない。

【0042】

［例１］
（スラリー配合物）
研磨の検討に用いた表１及び２のすべてのスラリーは、以下に述べる方法で製造した。アラニンを脱イオン水に加え、オーバーヘッド撹拌機（３００～４５０ＲＰＭ）を用いて、完全に溶解するまで混合し、最終アラニン濃度を０．９重量％とし、続いて希ＫＯＨ溶液（５％又は４５％）を用いてｐＨが７より大きくなるようにｐＨ調整した。以下のコロイダル粒子はＦｕｓｏ ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，ＬＴＤより得た：Ｆｕｓｏ ＰＬ－２Ｌ（２３ｎｍの平均直径の球状コロイダルシリカ粒子、入手時の固形分は２０重量％）、Ｆｕｓｏ ＳＨ－３（５３ｎｍの平均直径の繭形状コロイダルシリカ粒子が平均長７０ｎｍを有する結合した球を形成している、入手時の固形分は３４重量％）、ＦｕｓｏＰＬ－３Ｌ（４７ｎｍの平均直径の球状コロイダルシリカ粒子、入手時の固形分は２０重量％）、ＦｕｓｏＰＬ－２（３７ｎｍの平均直径の繭形状コロイダルシリカ粒子が平均長７０ｎｍを有する結合した球を形成している、入手時の固形分は２０重量％）。以下のコロイダルシリカはＥＭＤ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡより得た：Ｋ１５９８－Ｂ１２（２０ｎｍの平均直径の球状コロイダルシリカ粒子、入手時の固形分は２０重量％）及びＫ１５９８－Ｂ２５（３８ｎｍの平均粒径の球状コロイダルシリカ微粒子、入手時の固形分は３０重量％）。攪拌しながら、それぞれの種類のコロイダルシリカ粒子を、それぞれのスラリーに規定の重量％まで加え、ＫＯＨを用いて最終ｐＨが８になるよう調整した。クリーンルームグレード過酸化水素（３０％溶液）を攪拌しながら加え、最終スラリー中過酸化水素濃度０．４重量％とした。前記スラリーは、過酸化水素添加の当日又は翌日に研磨試験に使用した。

【0043】

【表1】

【0044】

【表2】

【0045】

［例２］
（コバルト研磨実験）
以下のコバルト及び窒化チタンの研磨実験は、上記の例１の表１及び表２に開示したスラリーを用いて実施した。

【表3】

【0046】

研磨したウェーハは、ＡＴＭＩ ＰｌａｎａｒＣｌｅａｎ化学を実行するＤＳＳ－２００ Ｓｙｎｅｒｇｙ（商標）（ＯｎＴｒａｋｓ社製）両面ウェーハ洗浄装置を通した。コバルト及び窒化チタンの除去速度は、ＫＬＡ ＴｅｎｃｏｒのＲＳ２００金属膜厚測定器で測定した。研磨結果を表４に示す。

【0047】

【表4】

【0048】

結果から、２５ｎｍ未満の平均粒径を有する本発明のＣＭＰスラリーは、４４以上のコバルト：窒化チタン除去速度選択比を有することがわかった。これに対して、３７ｎｍ以上の平均粒径を有する比較スラリーは、３以下のコバルト：窒化チタン除去速度選択比を有した。本発明のＣＭＰスラリーは、より大きな平均粒径を有する比較スラリーに対して、コバルト：窒化チタンの除去速度選択比の顕著な増加を示した。