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特表2022-553347酸化ケイ素に比べて窒化ケイ素およびポリシリコンについて高い選択性を有する研磨組成物および方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-22
(54)【発明の名称】酸化ケイ素に比べて窒化ケイ素およびポリシリコンについて高い選択性を有する研磨組成物および方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20221215BHJP
C09K 3/14 20060101ALI20221215BHJP
C09G 1/02 20060101ALI20221215BHJP
B24B 37/00 20120101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 622D
C09K3/14 550D
C09K3/14 550Z
C09G1/02
B24B37/00 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022523701
(86)(22)【出願日】2020-10-22
(85)【翻訳文提出日】2022-05-17
(86)【国際出願番号】 US2020056748
(87)【国際公開番号】W WO2021081145
(87)【国際公開日】2021-04-29
(31)【優先権主張番号】62/924,407
(32)【優先日】2019-10-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100202441
【弁理士】
【氏名又は名称】岩田 純
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン ペトロ
(72)【発明者】
【氏名】チャン チュヨン
(72)【発明者】
【氏名】ブリタニー ジョンソン
【テーマコード（参考）】
3C158
5F057
【Ｆターム（参考）】
3C158AA07
3C158AC04
3C158BA02
3C158BA04
3C158BA05
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3C158ED26
5F057AA14
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5F057DA03
5F057EA01
5F057EA09
5F057EA15
5F057EA29
5F057EA31
(57)【要約】
本発明は、（ａ）セリア粒子を含む研磨剤と、（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、（ｄ）水と、を含む化学機械研磨組成物において、約５～約８のｐＨを有する研磨組成物を提供する。本発明は同様に、本発明の化学機械研磨組成物と基板を接触させることによって、基板、特に酸化ケイ素、窒化ケイ素および／またはポリシリコンを含む基板を化学機械研磨する方法をも提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（ａ）セリア粒子を含む研磨剤と、（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマとを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、
（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、
（ｄ）水と、
を含む化学機械研磨組成物であって、
約５～約８のｐＨを有する、研磨組成物。
【請求項2】
約０．０１質量％から約１質量％のセリア粒子を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項3】
前記セリア粒子が約６０ｎｍ～約１２０ｎｍの平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項4】
カチオン性ホモポリマを含み、約１ｐｐｍ～約２００ｐｐｍのカチオン性ホモポリマを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項5】
前記カチオン性ホモポリマが、繰り返し単位としての第４級アミン基で本質的に構成され、４級化アミン基が非環式であるかまたは環状構造内に取込まれている、請求項４に記載の研磨組成物。
【請求項6】
カチオン性コポリマを含み、約１ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍのカチオン性コポリマを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項7】
前記カチオン性コポリマが、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含む、請求項６に記載の研磨組成物。
【請求項8】
第４級アンモニウム塩を含み、前記第４級アンモニウムが約７５ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級アンモニウムカチオンを含むハロゲン化物である、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項9】
第４級アンモニウム塩を含み、約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの前記第４級アンモニウム塩を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項10】
第４級ホスホニウム塩を含み、前記第４級ホスホニウム塩が、約９４ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級ホスホニウムカチオンを含むハロゲン化物である、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項11】
ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、ジメチルジフェニルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、テトラメチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、テトラプロピルホスホニウム塩、テトラオクチルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、トリブチルドデシルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、メチルトリフェニルホスホニウム塩、トリブチルメチルホスホニウム塩、トリブチルオクチルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、トリブチルヘキシルホスホニウム塩およびそれらの組合せからなる群の中から選択された第４級ホスホニウム塩を含み、約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの前記第４級ホスホニウム塩を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項12】
基板を化学機械研磨する方法であって、（ｉ）基板を提供するステップと、
（ｉｉ）研磨パッドを提供するステップと、
（ｉｉｉ）（ａ）セリア粒子を含む研摩剤と、
（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、
（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、
（ｄ）水と、
を含み、約５～約８のｐＨを有する、
化学機械研磨組成物を提供するステップと、
（ｉｖ）前記研磨パッドおよび前記化学機械研磨組成物と前記基板を接触させるステップと、
（ｖ）前記基板に対して前記研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を移動させて、前記基板の表面の一部分を研削し、これにより前記基板を研磨するステップと、
を含む、方法。
【請求項13】
前記化学機械研磨組成物が、約０．０１質量％から約１質量％のセリア粒子を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記セリア粒子が、約６０ｎｍ～約１２０ｎｍの平均粒子サイズを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記化学機械研磨組成物が、カチオン性ホモポリマを含み、約１０ｐｐｍ～約１００ｐｐｍのカチオン性ホモポリマを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記カチオン性ホモポリマが、カチオン性モノマ繰り返し単位で本質的に構成されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記化学機械研磨組成物が、カチオン性コポリマを含み、約１ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍのカチオン性コポリマを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項18】
前記カチオン性コポリマが少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記化学機械研磨組成物が、第４級アンモニウム塩を含み、前記第４級アンモニウム塩が約７５ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級アンモニウムカチオンを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項20】
前記化学機械研磨組成物が、第４級アンモニウム塩を含み、前記第４級アンモニウム塩が、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラペンチルアンモニウム塩、テトラヘキシルアンモニウム塩、テトラヘプチルアンモニウム塩、テトラオクチルアンモニウム塩、テトラドデシルアンモニウム塩、ジアリルジメチルアンモニウム塩およびその誘導体、ベンザルコニウム塩、Ｎ－アルキルメチルイミダゾリウム塩、Ｎ，Ｎ－ジアリールイミダゾリウム塩、Ｎ－アルキルピリジニウム塩、ジデシルジメチルアンモニウム塩、テトラベンジルアンモニウム塩、ベンジルジメチルデシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルヘキシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルオクチルアンモニウム塩、ベンジルドデシルジメチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、デシルトリメチルアンモニウム塩、ジドデシルジメチルアンモニウム塩、ドデシルエチルジメチルアンモニウム塩、ドデシルトリメチルアンモニウム塩、ヘキシルトリメチルアンモニウム塩、メチルトリオクチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、トリドデシルメチルアンモニウム塩、トリエチルヘキシルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、トリメチルオクチルアンモニウム塩、トリメチルフェニルアンモニウム塩。トリヘキシルテトラデシルアンモニウム塩、［（３－メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウム塩、（３－アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウム塩、２－（アクリロイルオキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩、（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウム塩。コリン塩、トリス（２－ヒドロキシエチル）メチルアンモニウム塩などおよびそれらの組合せからなる群の中から選択され、前記化学機械研磨組成物が、約１００ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの前記第４級アンモニウム塩を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記化学機械研磨組成物が、第４級ホスホニウム塩を含み、前記第４級ホスホニウム塩が、約９４ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級ホスホニウムカチオンを含むハロゲン化物である、請求項１２に記載の方法。
【請求項22】
前記化学機械研磨組成物が、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、ジメチルジフェニルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、テトラメチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、テトラプロピルホスホニウム塩、テトラオクチルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、トリブチルドデシルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、メチルトリフェニルホスホニウム塩、トリブチルメチルホスホニウム塩、トリブチルオクチルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、トリブチルヘキシルホスホニウム塩およびそれらの組合せからなる群の中から選択された第４級ホスホニウム塩を含み、前記化学機械研磨組成物が、約１００ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの前記第４級ホスホニウム塩を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記基板が、その表面上に窒化ケイ素を含み、前記基板の表面上の前記窒化ケイ素の少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、請求項１２に記載の方法。
【請求項24】
前記基板がさらに、その表面上に酸化ケイ素を含み、前記基板の表面上の前記酸化ケイ素の少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、前記酸化ケイ素除去速度が前記窒化ケイ素除去速度よりも低い、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記基板が、その表面上にポリシリコンを含み、前記基板の表面上の前記ポリシリコンの少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、請求項１２に記載の方法。
【請求項26】
前記基板がさらに、その表面上に酸化ケイ素を含み、前記基板の表面上の前記酸化ケイ素の少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、前記酸化ケイ素除去速度が前記ポリシリコン除去速度よりも低い、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
基板の表面を平坦化または研磨するための組成物および方法は、当該技術分野において周知である。研磨組成物（研磨スラリとしても公知である）は、典型的に、液体キャリヤ内に研摩材料を含み、研磨組成物で飽和した研磨パッドと表面を接触させることによって表面に適用される。典型的な研摩材料としては、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化スズが含まれる。研磨組成物は典型的に、研磨パッド（例えば研磨クロスまたはディスク）と併用される。研磨組成物中に懸濁される代りに、またはそれに加えて、研摩材料は、研磨パッド内に取込まれ得る。
【0002】
進歩したメモリおよび論理半導体デバイスの製造にあたって、集積回路（ＩＣ）スキームには、ポリシリコンおよび／または窒化ケイ素（ＳｉＮ）層の選択的除去が必要となる。ポリシリコンおよび窒化ケイ素材料が除去された時点で、さらなる被着およびＩＣ製造ステップのために無傷の状態にとどまることが所望される酸化ケイ素層が露出される。ここで提示する例に限定される意図は無いものの、このプロセスの一例が、逆シャロートレンチアイソレーション（Ｒ－ＳＴＩ）プロセスのための酸化ケイ素上の窒化ケイ素材料の除去である。さらに、高いアスペクト比を含むシリコン基板上に酸化物または窒化ケイ素層が形成される３Ｄ ＮＡＮＤデバイス製造のために、酸化ケイ素（ＳｉＯ）研磨に優先したポリシリコンおよび窒化ケイ素の研磨に対する選択性が同様に必要とされる。その後、エッチングまたはフォトリソグラフィによりビアが形成され、ビアを充填するためにポリシリコン層が被着される。形成されたトレンチまたはビアの深さにばらつきがあることから、典型的に、全てのトレンチおよびビアの完全な充填を保証するため、基板の頂部に余剰の誘電材料（例えばＳｉＮまたはポリシリコン）を被着させる必要がある。余剰の誘電材料はその後、典型的に、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスによって除去されて、停止層として酸化ケイ素層を露出させる。酸化ケイ素が露出した時点で、高度の平坦度と表面均一性が所望される。
【0003】
概して、２つのＣＭＰステップを用いて酸化物研磨に優先したポリシリコンおよび／またはＳｉＮ研磨に対する選択性を強調することが実践されてきた。したがって、酸化物層は、化学機械平坦化プロセス中、停止層として役立ってきた。多くの現行のスラリは、中程度のＳｉＮ速度と中程度の選択性を提供することで、その有用性を制限している。例えば、低ないし中程度の研磨速度は処理能力を制限する可能性があり、一方低ないし中程度のポリシリコン／酸化物またはＳｉＮ／酸化物選択性は、より厚いポリシリコンまたは窒化ケイ素コーティングを伴うより大きな構造に対する現行のスラリ技術の有用性を制限する。
【0004】
基板上の誘電材料は、典型的に、従来の研摩剤含有研磨組成物を用いて研磨される。しかしながら、従来の研摩剤含有研磨組成物を用いた酸化ケイ素またはポリシリコンの研磨は、基板の表面の過剰研磨または研磨不足を結果としてもたらすことが認められてきた。この過剰研磨の現象は、ディッシングと呼ばれる、パターン酸化物特徴部内の陥凹形成を生み出す可能性がある。基板特徴部のディッシングは、トランジスタおよびトランジスタコンポーネント相互の絶縁不良をひき起こし、その結果として短絡が発生することによってデバイスの製造に有害な影響を与え得ることから、ディッシングは、望ましくない。反対に基板の研磨不足は、ポリシリコンおよび／またはＳｉＮ層の不完全なまたは部分的な除去を結果としてもたらす可能性があり、さらに酸化ケイ素停止層が露出されるのを妨げ、その結果、平坦度または電気的絶縁が不充分になり、これはデバイスの品質および性能に有害な影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、当該技術分野においては、ＳｉＮおよびポリシリコンの比較的高い除去速度を提供する研磨組成物および方法、ならびにＣＭＰ中の酸化ケイ素に優先したＳｉＮの選択的除去に対するニーズがなおも存在している。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、（ａ）セリア粒子を含む研磨剤と、（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、（ｄ）水と、を含む化学機械研磨組成物において、約５～約８のｐＨを有する研磨組成物を提供する。
【0007】
本発明は同様に、基板を化学機械研磨する方法において、（ｉ）基板を提供するステップと、（ｉｉ）研磨パッドを提供するステップと、（ｉｉｉ）（ａ）セリア粒子を含む研摩剤と、（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、（ｄ）水と、を含み、約５～約８のｐＨを有する化学機械研磨組成物を提供するステップと、（ｉｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させるステップと、（ｖ）基板との関係において研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を移動させて、基板の表面の一部分を研削し、これにより基板を研磨するステップと、を含む方法をも提供する。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明は、（ａ）セリア粒子を含む研磨剤と、（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、（ｄ）水とを含むか、本質的にこれらで構成されているか、またはこれらで構成されている、化学機械研磨組成物において、約５～約８のｐＨを有する研磨組成物を提供する。
【0009】
化学機械研磨組成物は、研摩剤を含み、ここで研摩剤はセリア粒子を含むか、本質的にセリア粒子で構成されているか、またはセリア粒子で構成されている。
【0010】
当業者には公知であるように、セリアは希土類金属セリウムの酸化物であり、酸化セリウム（ｃｅｒｉｃ ｏｘｉｄｅ）、（ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）（例えば酸化セリウム（ＩＶ））、または二酸化セリウムとしても知られている。酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ２）は、シュウ酸セリウムまたは水酸化セリウムをか焼することによって形成可能である。セリウムは同様に、例えばＣｅ２Ｏ３などの酸化セリウム（ＩＩＩ）も形成する。セリア研摩剤は、これらのまたは他のセリア酸化物のうちのいずれか１つ以上であり得る。
【0011】
セリア研摩剤は、任意の好適なタイプのセリアであり得る。一実施形態において、セリアは湿式プロセスセリアである。本明細書中で使用される「湿式プロセス」セリアとは、（例えばヒュームドセリアまたは発熱性セリアとは対照的に）沈殿、縮合－重合、または類似のプロセスによって調製されたセリアを意味する。いずれかの特定の理論により束縛されることは望まないものの、湿式プロセスセリアは、球状セリア粒子および／またはより小さい凝集セリア粒子を含むと考えられている。例示的湿式プロセスセリアは、Ｒｈｏｄｉａ社から市販されているＨＣ－６０（商標）セリアまたはＨＣ－９０（商標）セリアである。
【0012】
別の実施形態において、研磨組成物は、液体キャリヤ中に懸濁した立方体状の酸化セリウム研摩剤粒子を含む研摩剤粒子を含有する。「立方体状」とは、セリア研摩剤粒子が立方体の形をしている、すなわち実質的に立方体であることを意味している。言い方を変えると、立方体状セリア研摩剤粒子は、形状または性質的に立方体である。しかしながら、縁部寸法、隅部および隅部角度は、正確にまたは厳密に完全な立方体のものである必要はない、ということが理解される。例えば、立方体状研摩剤粒子は、わずかに丸味のあるまたは欠けた隅部、わずかに丸味のある縁部、互いに正確に等しくない縁部寸法、正確に９０度でない隅部角度、および／または他の小さな不規則性を有し、しかもなお、基本的な立方体形状を保持している場合がある。当業者であれば、立方体状セリア研摩剤粒子が、粒子の成長および解凝集に対して一般に許容される公差を伴って形が立方体であることを容易に認識する（例えば走査電子顕微鏡法または透過電子顕微鏡法を介して）ことができるものである。
【0013】
本明細書中で使用される立方体状セリア研摩剤を含む化学機械研磨組成物は、研摩剤粒子の少なくとも２５数パーセントが性質的に立方体である（上述の通り形が立方体である）化学機械研磨組成物である。好ましい実施形態においては、研摩剤粒子の少なくとも４０数パーセント（例えば少なくとも６０パーセントまたは少なくとも８０パーセント）が、性質的に立方体である。以上で指摘した通り、立方体状セリア研摩剤粒子は、例えば約１０，０００倍～約５００，０００倍の範囲内の倍率で、ＴＥＭまたはＳＥＭ画像を用いて容易に評価され計数され得る。ＳＥＭまたはＴＥＭ画像は、類似の長さ（例えば互いの２０パーセント以内）を有する４辺を伴う面を有する研摩剤粒子を示す。画像は同様に、隣接する辺が例えばおおよそ直交しており、約９０度の角度を形成している（例えば約８０～約１００度の範囲内）ことも示している。セリア研摩剤組成物が立方体状セリア研摩剤粒子を含むか否かを決定するために、ＳＥＭまたはＴＥＭでの観察が、無作為に選択された粒子（すなわち２００超）について行なわれ、こうして統計的分析を行ないそれにより方形面を有する粒子の百分率を決定することが可能になる。保持される粒子は、その画像が顕微鏡写真上で充分目に見えるようなものでなければならない。粒子のいくつかは、その表面および／またはその隅部の１つ以上のいずれかにいくつかの欠陥を示し、それでもなお立方体状として考慮される可能性がある。
【0014】
立方体状セリア研摩剤粒子は、実質的に純粋なセリア研摩剤粒子（不純物について一般公差内）であるか、またはドープされたセリア研摩剤粒子であり得る。ドープされたセリア研摩剤粒子は、格子間ドーパント（通常は占有されていない格子内の空間を占有するドーパント）または置換型ドーパント（セリウムまたは酸素原子が通常占有する格子内の空間を占有するドーパント）を含み得る。このようなドーパントは、例えばＣａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｚｒ、ＳｃまたはＹを含めた、実質的に任意の金属原子を含み得る。
【0015】
好適な立方体状セリアについてのさらなる説明は、例えば出願番号第６２／９２４，３２８号などの、本出願と同じ日付で出願された同時係属出願中に見い出すことができる。
【0016】
湿式プロセスセリア粒子は、任意の好適な平均サイズ（すなわち平均粒径）を有することができる。１粒子の粒子サイズは、その粒子を包含する最小の球の直径である。セリア粒子の平均粒子サイズが過度に小さい場合、研磨組成物は充分な除去速度を示さない可能性がある。対照的に、セリア粒子の平均粒子サイズが過度に大きい場合には、研磨組成物は、例えば低い基板均一性などの望ましくない研磨性能を示し得る。したがって、セリア粒子は、約６０ｎｍ以上、例えば約６５ｎｍ以上、約７０ｎｍ以上、約７５ｎｍ以上、約８０ｎｍ以上、約８５ｎｍ以上、または約９０ｎｍ以上の平均粒子サイズを有することができる。代替的にまたは付加的に、セリア粒子は、約１２０ｎｍ以下、例えば約１１５ｎｍ以下、約１１０ｎｍ以下、約１０５ｎｍ以下または約１００ｎｍ以下の平均粒子サイズを有することができる。したがって、セリア粒子は、上述の端点のうちのいずれか２つを境界とする平均粒子サイズを有することができる。例えば、セリア粒子は、約６０ｎｍ～約１２０ｎｍ、例えば約６０ｎｍ～約１１５ｎｍ、約６０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約６０ｎｍ～約１０５ｎｍ、約６０ｎｍ～約１００ｎｍ、約６５ｎｍ～約１２０ｎｍ、約６５ｎｍ～１１５ｎｍ、約７０ｎｍ～約１２０ｎｍ、約７０ｎｍ～１１５ｎｍ、約７５ｎｍ～約１２０ｎｍ、約７５ｎｍ～１１５ｎｍ、約８０ｎｍ～約１２０ｎｍ、約８０ｎｍ～１１５ｎｍ、約８５ｎｍ～１２０ｎｍ、約８５ｎｍ～１１５ｎｍ、約９０ｎｍ～１２０ｎｍまたは約９０ｎｍ～１１５ｎｍの平均粒子サイズを有することができる。非球形の湿式プロセスセリア粒子、例えば小さい凝集体については、粒子のサイズは、粒子を包含する最小球の直径である。セリア粒子の粒子サイズは、任意の好適な技術を用いて、例えばレーザ回析または動的光散乱技術を用いて測定可能である。好適な粒子サイズ測定計器は、例えばＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｓ社（Ｍａｌｖｅｒｎ、ＵＫ）から入手可能である。
【0017】
セリア粒子は、好ましくは、発明力ある研磨組成物の中ではコロイド的に安定している。コロイドなる用語は、水中におけるセリア粒子の懸濁を意味する。コロイド安定性は、この懸濁状態の経時的な維持を意味する。本発明に関連して、研摩剤は、それを１００ｍＬのメスシリンダ内に入れて２時間撹拌せずに放置したときに、メスシリンダの底部５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬ単位の［Ｂ］）とメスシリンダの頂部５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬ単位の［Ｔ］）の差を研摩剤組成物中の初期粒子濃度（ｇ／ｍＬ単位の［Ｃ］）で除したものが０．５以下である（すなわち、｛［Ｂ］－［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）場合に、コロイド安定であるとみなされる。より好ましくは、［Ｂ］－［Ｔ］／［Ｃ］の値は０．３以下であり、より好ましくは０．１以下である。
【0018】
研磨組成物は、あらゆる好適な量のセリア研摩剤を含むことができる。本発明の研磨組成物が含むセリア研摩剤が過度に少ない場合、組成物は充分な除去速度を示さない可能性がある。対照的に、研磨組成物が含むセリア研摩剤が過度に多い場合には、組成物は、望ましくない研磨性能を示す可能性があり、費用効果性が高くない可能性があり、かつ／または安定性が欠如している可能性がある。研磨組成物は、約１質量％以下のセリア、例えば約０．９質量％以下、約０．８質量％以下、約０．７質量％以下、約０．６質量％以下、または約０．５質量％以下のセリアを含み得る。代替的に、又は付加的に、研磨組成物は、約０．０１質量％以上のセリア、例えば約０．０５質量％以上、約０．１質量％以上、約０．２質量％以上、約０．３質量％以上、約０．４質量％以上または約０．５質量％以上のセリアを含むことができる。したがって、研磨組成物は、上述の端点のいずれか２つを境界とする量でセリアを含むことができる。例えば研磨組成物は、約０．０１質量％～約１質量％のセリア、例えば約０．１質量％～約０．９質量％、約０．１質量％～約０．８質量％、約０．１質量％～約０．７質量％、約０．１質量％～約０．６質量％、約０．１質量％～約０．５質量％、約０．０５質量％～約１質量％、約０．０５質量％～約０．９質量％、約０．０５質量％～約０．８質量％、約０．２質量％～約０．７質量％、約０．２質量％～約０．６質量％、約０．２質量％～約０．５質量％、約０．３質量％～約０．６質量％のセリアを含むことができる。
【0019】
研磨組成物は、カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびこれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマを含む。
【0020】
カチオン性ホモポリマは、本質的にカチオン性モノマ繰り返し単位で構成された任意の好適なカチオン性ホモポリマであり得る。例えば、カチオン性ホモポリマは、本質的に繰り返し単位としての第４級アミン基で構成された任意の好適なカチオン性ポリマであり得る。４級化アミン基は、非環式であるかまたは環状構造内に取込まれ得る。４級化アミン基は、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、アクリルアミドまたはメタクリレート基から独立して選択された４つの基で置換された四置換窒素原子を含むか、または、環状構造内に取込まれた場合には、窒素原子を含みかつ上述の通りの２つの基でさらに置換された複素環飽和環、または窒素原子に結合した上述の通りのさらなる基を有するＮ－複素環基（例えばイミダゾールまたはピリジン）のいずれかを含む。４級化アミン基は正電荷を有する（すなわち、結び付けられたアンオン部分を有し、これにより塩を形成するカチオンである）。本発明のカチオン性ポリマはさらに、カチオン性ポリマの溶解度、粘度または他の物理的パラメータを改変するべく、アルキル化、アシル化、エトキシル化などの化学反応によって修飾され得る。好適な第４級アミンモノマには、例えば４級化ビニルイミダゾール（ビニルイミダゾリウム）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム（ＭＡＤＱＵＡＴ）、ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム（ＭＡＰＴＡＣ）、エピクロロヒドリンジメチルアミン（ｅｐｉ－ＤＭＡ）およびそれらの組み合わせが含まれる。
【0021】
いくつかの実施形態において、カチオン性ポリマは、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むコポリマであり得、ここで少なくとも１種のカチオン性モノマは、コポリマのモルベースで５０％超、またはコポリマのモルベースで約５０％以下のいずれかを構成する。カチオン性モノマは、カチオン性ホモポリマに関連して本明細書中に記載されている通りであり得る。好適な非イオン性モノマの非限定的な例としては、ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、アクリルアミド、ビニルアルコール、ポリビニルホルマル、ポリビニルブチラール、ポリ（ビニルフェニルケトン）、ビニルピリジン、ポリアクロレイン、エチレン、プロピレン、スチレンおよびそれらの組み合わせが含まれる。
【0022】
好適なカチオン性ポリマには、例えば４級化ポリ（ビニルイミダゾール）メチル硫酸、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）クロリド（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）クロリド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（ジメチルアミン－コ－エピクロロヒドリン）、ポリ［ビス（２－クロロエチル）エーテルーアルト－１，３－ビス［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ウレア］（すなわちポリクオタニウム－２）、アクリルアミドとジアリルジメチルアンモニウムのコポリマー（ポリクオタニウム－７）、ビニルピロリドンと４級化ジメチルアミノエチルメタクリレートのコポリマ（ポリクオタミウム－１１）、ビニルピロリドンと４級化ビニルイミダゾールのコポリマ（すなわちポリクオタミウム－１６）、ビニルカプロラクタム、ビニルピロリドンおよび４級化ビニルイミダゾールのターポリマ（すなわちポリクオタニウム－４６）、および３－メチル－１－ビニルイミダゾリウム メチル硫酸－Ｎ－ビニルピロリドンコポリマ（すなわちポリクオタニウム－４４）、ビニルピロリドンとジアリルジメチルアンモニウムのコポリマが含まれる。さらに、好適なカチオン性ポリマには、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｓｕｐｒｅｍｅ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｈｏｌｄ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＵｌｔｒａＣａｒｅ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ３７０、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ５５０、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ５５２、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅ、およびそれらの組み合わせなどの、パーソナルケア用カチオン性ポリマが含まれる。
【0023】
研磨組成物がカチオン性ホモポリマを含む場合、研磨組成物はあらゆる好適な量のカチオン性ホモポリマを含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍ以上のカチオン性ホモポリマ、例えば約５ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約１５ｐｐｍ以上、約２０ｐｐｍ以上、約２５ｐｐｍ以上、または約３０ｐｐｍ以上、約５０ｐｐｍ以上のカチオン性ホモポリマを含み得る。代替的に、または付加的に、研磨組成物は、約２００ｐｐｍ以下のカチオン性ホモポリマ、例えば約１７５ｐｐｍ以下、約１５０ｐｐｍ以下、約１２５ｐｐｍ以下、約１００ｐｐｍ以下、約９０ｐｐｍ以下、約８５ｐｐｍ以下、約８０ｐｐｍ以下、約７５ｐｐｍ以下、約７０ｐｐｍ以下、約６５ｐｐｍ以下、約６０ｐｐｍ以下、約５５ｐｐｍ以下または約５０ｐｐｍ以下のカチオン性ホモポリマを含むことができる。したがって、研磨組成物は、上述の端点のいずれか２つを境界とする量のカチオン性ホモポリマを含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍ～約２００ｐｐｍのカチオン性ホモポリマ、例えば約１ｐｐｍ～約８０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約７５ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約７０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約６５ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約６０ｐｐｍ、約５ｐｐｍ～約１２５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約１００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約９０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約８５ｐｐｍ。約１０ｐｐｍ～約８０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約７５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約７０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約６５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約６０ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約２００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約１２５ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約１００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約９０ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約８５ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約８０ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約７５ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約７０ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約６５ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ～約６０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約２００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約１００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約９０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約８５ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約８０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約７５ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約７０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～約６５ｐｐｍ、または約３０ｐｐｍ～約６０ｐｐｍのカチオン性ホモポリマを含むことができる。
【0024】
研磨組成物がカチオン性コポリマを含む場合、研磨組成物は、あらゆる好適な量のカチオン性コポリマを含むことができる。例えば研磨組成物は、約１ｐｐｍ以上のカチオン性コポリマ、例えば約１０ｐｐｍ以上、約２０ｐｐｍ以上、約５０ｐｐｍ以上、約１００ｐｐｍ以上、約１２０ｐｐｍ以上、約１３０ｐｐｍ以上、約１４０ｐｐｍ以上、約１５０ｐｐｍ以上、約１６０ｐｐｍ以上、約１７０ｐｐｍ以上、約１８０ｐｐｍ以上、約１９０ｐｐｍ以上、または約２００ｐｐｍ以上のカチオン性コポリマを含むことができる。代替的にまたは付加的に、研磨組成物は、約１０００ｐｐｍ以下のカチオン性コポリマ、例えば約９５０ｐｐｍ以下、約９００ｐｐｍ以下、約８５０ｐｐｍ以下、約８００ｐｐｍ以下、約７５０ｐｐｍ以下、約７００ｐｐｍ以下、約６５０ｐｐｍ以下、約６００ｐｐｍ以下、約５０５ｐｐｍ以下、または約５００ｐｐｍ以下のカチオン性コポリマを含むことができる。したがって、研磨組成物は、上述の端点のいずれか2つを境界とする量でカチオン性コポリマを含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍのカチオン性コポリマ、例えば約１ｐｐｍ～約７５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約６００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約９５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約９００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約８５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約８００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約７５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約７００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約６５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約６００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約５５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１１０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１２０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１３０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１４０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、または約１５０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍのカチオン性コポリマを含むことができる。
【0025】
研磨組成物は、水溶性第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩を含む。いくつかの実施形態において、第４級アンモニウム塩は、
から選択された構造を有し、ここでＲ１～Ｒ４は、Ｃ１～Ｃ１２アルキル、Ｃ１～Ｃ１２アルケニル、Ｃ６～Ｃ１０アリール、アクリルアミド、メタクリレート、第１級または第２級アルコール基から独立して選択され、
はアニオンである。Ｒ基が、Ｃ１６以上の長さの鎖を含むアルキル、アルケニルまたはアリールタイプである場合には、望ましくない窒化ケイ素除去速度および酸化ケイ素に対する選択性が観察される可能性がある。好ましい水溶性第４級アンモニウム塩は、Ｃ１６未満のＲ基を含む。
【化1】
【化2】
【0026】
非限定的に、アニオン、
は、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、メチル硫酸塩、リン酸塩などの一般的なアニオンタイプを含むことができる。好ましいアニオンは、塩化物または臭化物である。酢酸アニオンおよび酢酸塩のものに類似するアニオンは、酸化物に対する選択性の喪失が認められたため、さほど好ましくない。
【化3】
【0027】
第４級ホスホニウム塩は、
という構造を有し、ここでＲ１～Ｒ４は、Ｃ１～Ｃ１２アルキル、Ｃ６～Ｃ１０アリールおよびＣ１～Ｃ１２アルケニルから独立して選択され、ここで
はアニオンである。ホスホニウム塩アニオンは、第４級アンモニウム塩アニオンに関連して本明細書中に記載されている通りであり得る。
【化4】
【化5】
【0028】
いくつかの実施形態において、研磨組成物は、約７５ｇ／ｍｏｌ以上（例えば約８０ｇ／ｍｏｌ以上、約９０ｇ／ｍｏｌ以上、約１００ｇ／ｍｏｌ以上、約１１０ｇ／ｍｏｌ以上、約１２０ｇ／ｍｏｌ以上、約１３０ｇ／ｍｏｌ以上または約１４０ｇ／ｍｏｌ以上）の分子量を有する
を含む第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩を含む。好適な第４級アンモニウム塩の非限定的例としてはテトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラペンチルアンモニウム塩、テトラヘキシルアンモニウム塩、テトラヘプチルアンモニウム塩、テトラオクチルアンモニウム塩、テトラドデシルアンモニウム塩、ジアリルジメチルアンモニウム塩および誘導体類、ベンザルコニウム塩、Ｎ－アルキルメチルイミダゾリウム塩、Ｎ，Ｎ－ジアリールイミダゾリウム塩、Ｎ－アルキルピリジニウム塩、ジデシルジメチルアンモニウム塩、テトラベンジルアンモニウム塩、ベンジルジメチルデシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルヘキシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルオクチルアンモニウム塩、ベンジルドデシルジメチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、デシルトリメチルアンモニウム塩、ジドデシルジメチルアンモニウム塩、ドデシルエチルジメチルアンモニウム塩、ドデシルトリメチルアンモニウム塩、ヘキシルトリメチルアンモニウム塩、メチルトリオクチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、トリドデシルメチルアンモニウム塩、トリエチルヘキシルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、トリメチルオクチルアンモニウム塩、トリメチルフェニルアンモニウム塩、トリヘキシルテトラデシルアンモニウム塩、［（３－メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウム塩、（３－アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウム塩、２－（アクリロイルオキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩、（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウム塩、コリン塩、トリス（２－ヒドロキシエチル）メチルアンモニウム塩などが挙げられる。好適な第四級ホスホニウム塩の非限定的な例としては、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、ジメチルジフェニルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、テトラメチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、テトラプロピルホスホニウム塩、テトラオクチルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、トリブチルドデシルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、メチルトリフェニルホスホニウム塩、トリブチルメチルホスホニウム塩、トリブチルオクチルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、トリブチルヘキシルホスホニウム塩が含まれる。
【化6】
【0029】
研磨組成物は、あらゆる好適な量の第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩を含むことができる。例えば、研磨組成物は、約１０ｐｐｍ以上の第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、例えば約２５ｐｐｍ以上、約５０ｐｐｍ以上、約１００ｐｐｍ以上である。約１１０ｐｐｍ以上、約１２０ｐｐｍ以上、約１３０ｐｐｍ以上、約１４０ｐｐｍ以上、約１５０ｐｐｍ以上、約１６０ｐｐｍ以上、約１７０ｐｐｍ以上、約１８０ｐｐｍ以上、約１９０ｐｐｍ以上、または約２００ｐｐｍ以上の第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩を含むことができる。代替的にまたは付加的に、研磨組成物は、約１０００ｐｐｍ以下の第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、例えば約９５０ｐｐｍ以下、約９００ｐｐｍ以下、約８５０ｐｐｍ以下、約８００ｐｐｍ以下、約７５０ｐｐｍ以下、約７００ｐｐｍ以下、約６５０ｐｐｍ以下、約６００ｐｐｍ以下、約５０５ｐｐｍ以下、または約５００ｐｐｍ以下の第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩を含むことができる。したがって、研磨組成物は、上述の端点のいずれか2つを境界とする量で第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩を含むことができる。例えば、研磨組成物は約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの第４級アンモニウム塩、例えば約１０ｐｐｍ～約９００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約９００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約８５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約８００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約７５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約７００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約６５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約６００ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約５５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１１０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１２０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１３０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、約１４０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍ、または約１５０ｐｐｍ～約５００ｐｐｍの第４級アンモニウム塩を含むことができる。
【0030】
化学機械研磨組成物は、研磨組成物のｐＨを調整する能力を有する（すなわちこれを調整する）１つ以上の化合物（すなわちｐＨ調整用化合物）を含むことができる。研磨組成物のｐＨは、研磨組成物のｐＨを調整する能力を有する任意の好適な化合物を用いて調整可能である。ｐＨ調製用化合物は、望ましくは、水溶性でありかつ、研磨組成物の他の構成成分と相溶性がある。典型的には、化学機械研磨組成物は、ユースポイントにおいて約５～約８のｐＨを有する。好ましくは、化学機械研磨組成物は、ユースポイントにおいて５～約７のｐＨ、例えば約５～約６のｐＨを有する。
【0031】
ｐＨ調製用作用物質は、実質的に任意の好適なｐＨ調製用作用物質、例えばアルキルアミン、アルコールアミン、第４級アミン水酸化物、アンモニア、アンモニウム塩、アルカリ金属塩、カルボン酸、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、マロン酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩、アゾール、アルキルアンモニウム塩基または共役酸、アルキルアンモニウム水酸化物、アンモニウムアルコキシドまたはその共役酸、それらの混合物などであり得る。一部の実施形態において、好適なｐＨ調製用作用物質は、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨまたはＴＭＡ－ＯＨ）、またはテトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＨまたはＴＥＡ－ＯＨ）を含み得る。研磨組成物は、以上で記載したｐＨ範囲内の研磨組成物のｐＨを達成および／または維持するのに充分な濃度のｐＨ調製用作用物質を含むことができる。
【0032】
化学機械研磨組成物は任意にはさらに１つ以上の添加物を含む。例示的添加物には、コンディショナ、錯化剤、キレート剤、殺生物剤、レオロジ改質剤および分散剤が含まれる。
【0033】
殺生物剤または殺真菌剤が存在する場合それらは、任意の好ましくない単細胞または多細胞生物の成長制限、ゼロ成長、排除またはそれらの間のいずれかの活動を標示するものとして殺生物または殺真菌特性を有するかまたは示す任意の好適な添加物であり得、研磨組成物内にあらゆる好適な量で存在することができる。非限定的に、好適な殺生物剤はイソチアゾリノンを含み得る。典型的に、研磨組成物は、約１ｐｐｍ～約１００ｐｐｍの殺生物剤、好ましくは約１０ｐｐｍ～約２０ｐｐｍの殺生物剤を含む。ジ第４級アンモニウム界面活性剤などの好適な殺真菌剤を使用してもよい。
【0034】
研磨組成物は、任意の好適な技術によって生産可能であり、その多くが当業者には公知である。研磨組成物は、バッチプロセスまたは連続プロセスにおいて調製可能である。概して、研磨組成物は、研磨組成物の構成成分を組合わせることによって調製される。本明細書中で使用される「構成成分」なる用語には、個別の成分（例えばセリア、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、あらゆるｐＨ調製剤、および／またはあらゆる添加物）、ならびに成分（例えばセリア、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤）のあらゆる組合せが含まれる。
【0035】
例えば、研磨組成物は、（ｉ）水の全てまたは一部分を提供するステップ、（ｉｉ）セリア粒子、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤、および／または任意の添加物を、このような分散を調製するために好適な任意の手段を用いて分散させるステップ、（ｉｉｉ）必要に応じて分散のｐＨを調整するステップ、および（ｉｖ）任意には、好適な量のあらゆる他の任意の構成成分および／または混合物に添加するステップ、によって調製可能である。
【0036】
代替的には、研磨組成物は、（ｉ）セリアスラリ中に１つ以上の構成成分（例えば水、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤および／またはあらゆる任意の添加物）を提供するステップ、（ｉｉ）添加物溶液中に１つ以上の構成成分（例えば、水、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤、および／またはあらゆる任意の添加物）を提供するステップ、（ｉｉｉ）セリアスラリと添加物溶液を組合わせて混合物を形成するステップ、（ｉｖ）任意には、好適な量のあらゆる他の任意の添加物を混合物に添加するステップ、および（ｖ）必要に応じて混合物のｐＨを調整するステップ、によって調製可能である。
【0037】
研磨組成物は、セリア粒子、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤、および／またはあらゆる任意の添加物および水を含むワンパッケージシステムとして供給可能である。代替的には、本発明の研磨組成物は、セリアスラリと添加物溶液を含むツーパッケージシステムとして供給され得、ここでセリアスラリは、セリア粒子、任意のｐＨ調製剤および水で本質的に構成または構成されており、添加物溶液は、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤および／またはあらゆる任意の添加物で本質的に構成または構成されている。ツーパッケージシステムは、２つのパッケージ、すなわちセリアスラリと添加物溶液の配合比を変更することによって、基板の包括的平坦化特性および研磨速度の調整を可能にする
【0038】
このようなツーパッケージ研磨システムを使用するために、さまざまな方法を用いることができる。例えば、セリアスラリおよび添加物溶液は、供給配管の出口で接合され連結されている異なるパイプによって、研磨テーブルへと送達され得る。セリアスラリおよび添加物溶液を研磨の少し前または直前に混合するかまたは研磨テーブル上に同時に供給することが可能である。さらに、２つのパッケージを混合するときに、要望通りに脱イオン水を添加して、研磨組成物および結果としての基板研磨特性を調整することが可能である。
【0039】
同様にして、本発明に関連して３、４、またはそれ以上のパッケージのシステムを利用することができ、ここで、多数の容器の各々は、発明力ある化学機械研磨組成物の異なる構成成分、１つ以上の任意の構成成分および／または異なる濃度で同じ構成成分の１つ以上を含んでいる。
【0040】
ユースポイントまたはその近傍で研磨組成物を作り出すために２つ以上の保管デバイス内に格納された構成成分を混合する目的で、保管デバイスには、各々の保管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）まで導く１つ以上のフローラインが具備されている。本明細書中で使用される「ユースポイント」なる用語は、研磨組成物が基板表面に適用される点（例えば研磨パッドまたは基板表面自体）を意味する。「フローライン」なる用語は、個別の保管容器からその内部に保管されている構成成分のユースポイントまでの流れ経路を意味している。フローラインは各々直接ユースポイントに導くことができ、あるいは、２つ以上のフローラインを、いずれかの点においてユースポイントに導く単一のフローラインへと組合わせることもできる。さらに、フローラインのいずれか（例えば個別のフローラインまたは組合せ型フローライン）を最初に１つ以上の他のデバイス（例えば圧送デバイス、測定デバイス、混合デバイスなど）に導き、その後構成成分のユースポイントに到達することが可能である。
【0041】
研磨組成物の構成成分は、独立した形でユースポイントに送達され得（例えば、構成成分は基板表面に送達され、その時点で構成成分は研磨プロセス中に混合される）、あるいは１つ以上の構成成分を、ユースポイントへの送達の前、例えばユースポイントへの送達の少し前または直前に組合わせることも可能である。構成成分は、混合された形でのプラテン上への添加前の約５分以内の時間に、例えば混合された形でのプラテン上への添加前の約４分以内、約３分以内、約２分以内、約１分以内、約４５秒以内、約３０秒以内、約１０秒以内の時間に、あるいは、ユースポイントでの構成成分の送達と同時に組合わされた（例えば構成成分はディスペンサにおいて組合わされる）場合に、「ユースポイントへの送達の直前」に組合わされたことになる。同様に、構成成分は、ユースポイントの５メートル以内、例えばユースポイントの１メートル以内、さらにはユースポイントの１０ｃｍ以内（例えばユースポイントの１ｃｍ以内）で組合わされた場合にも、「ユースポイントへの送達の直前に」組合わされたことになる。
【0042】
研磨組成物の構成成分の２つ以上がユースポイントに達する前に組合わされる場合、混合デバイスを使用することなく、フローライン内で構成成分を組合わせ、ユースポイントに送達することができる。代替的には、フローラインの１つ以上が、混合デバイス内に通じていて、２つ以上の構成成分の組合せを容易にすることができる。任意の好適な混合デバイスを使用することができる。例えば、混合デバイスは、２つ以上の構成成分が中を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、研磨スラリの２つ以上の構成成分がミキサに導入されるときに通る１つ以上の入口と、混合済み構成成分がミキサを退出して直接または装置の他の要素を介して（例えば１つ以上のフローラインを介して）ユースポイントに送達されるときに通る少なくとも１つの出口とを含む容器タイプの混合デバイスであり得る。さらに、混合デバイスは、２つ以上のチャンバを含むことができ、各チャンバは少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口を有し、ここで２つ以上の構成成分が各チャンバ内で組合わされている。容器型混合デバイスが使用される場合、混合デバイスは好ましくは、構成成分の組合せをさらに容易にするための混合機構を含む。混合機構は概して、当該技術分野において公知であり、撹拌棒、ブレンダ、撹拌機、パドル付きバッフル、ガススパージャシステム、振動器などを含む。
【0043】
研磨組成物は同様に、使用前に適切な量の水で希釈されるよう意図された濃縮物としても提供され得る。このような実施形態においては、研磨組成物濃縮物は、適量の水で濃縮物を希釈した時点で研磨組成物の各構成成分が、各構成成分について以上で列挙した適正な範囲内の量で研磨組成物内に存在することになるような量で、研磨組成物の構成成分を含む。例えば、セリア粒子、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤および／またはあらゆる任意の添加物は各々、濃縮物が等体積の水（例えばそれぞれ、２等体積の水、３等体積の水、４等体積の水、または５等体積の水）で希釈されたとき、各構成成分が各構成成分について以上で明記した範囲内の量で研磨組成物内に存在することになるような形で、各構成成分について以上で列挙した濃度の約２倍（例えば約３倍、約４倍または約５倍）の量で濃縮物中に存在することができる。さらに、当業者であれば理解するように、濃縮物は、セリア、カチオン性ポリマ、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩、任意のｐＨ調製剤および／またはあらゆる任意の添加物が濃縮物中で少なくとも部分的にまたは完全に溶解させられることを保証するために、最終的研磨組成物中に存在する適切な割合の水を含有することができる。
【0044】
本発明は同様に、本明細書中に記載の研磨組成物で基板を化学機械研磨する方法をも提供する。詳細には、本発明は、基板を化学機械研磨する方法において、（ｉ）基板を提供するステップと、（ｉｉ）研磨パッドを提供するステップと、（ｉｉｉ）（ａ）セリア粒子を含む研摩剤と、（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、（ｄ）水と、を含み、約５～約８のｐＨを有する化学機械研磨組成物を提供するステップと、（ｉｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させるステップと、（ｖ）基板との関係において研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を移動させて、基板の表面の一部分を研削し、これにより基板を研磨するステップと、を含む方法を提供する。
【0045】
化学機械研磨組成物は、あらゆる好適な基板を研磨するために使用可能であり、低誘電材料で構成された少なくとも１つの層（典型的には表面層）を含む基板を研磨するために特に有用である。好適な基板としては、半導体産業で使用されるウエハが含まれる。ウエハは典型的に、例えば金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合材料、金属合金、低誘電材料またはそれらの組合せを含むかまたはこれらで構成されている。本発明の方法は、酸化ケイ素、窒化ケイ素および／またはポリシリコン、例えばこれらの材料のうちのいずれか１つ、２つまたは３つを含む基板を研磨するために極めて有用である。
【0046】
一部の実施形態において、基板は、酸化ケイ素および／または窒化ケイ素と組合わせた形でポリシリコンを含む。ポリシリコンは、あらゆる好適なポリシリコンであり得、その多くが当該技術分野において公知である。当該技術分野においては、ポリシリコン基板が同様にドープ剤も含有し得るということは周知である。ポリシリコンのためのあらゆる好適なドープ剤を使用することができる。非限定的に、一般的ドープ剤は、ホウ素およびリンを含む。ポリシリコン基板は、あらゆる好適な位相を有することができ、非晶質、結晶質またはそれらの組合せであり得る。窒化ケイ素は同様に、当該技術分野で公知のあらゆる好適なタイプのものである。一般的タイプには、非限定的に、ＰＥまたはＬＰが含まれ得る。窒化ケイ素組成物中のＳｉとＮのあらゆる比率が好適であり得る。同様にして、酸化ケイ素は、あらゆる好適な酸化ケイ素であり得、その多くが当該技術分野において公知である。好適な酸化ケイ素タイプには、非限定的に、ＴＥＯＳ、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、ＰＥＴＥＯＳ、熱酸化物、未ドープケイ酸塩ガラス、ＨＤＰ酸化物が含まれる。
【0047】
当該技術分野で周知であるように、ポリシリコンの応用の性質およびその固有の特性に起因して、平坦化ステップを行なう前にポリシリコン薄膜を調製する必要があるかもしれない。吸湿性でかつ空気に敏感な材料であるケイ素は、水または大気酸素に対して曝露した時点で酸化物パッシベーション層を形成する。本明細書中で提示された実施形態を用いて、ポリシリコン薄膜の組成および性質に応じて、この偶発性自然酸化物層をポリシリコンから除去するための準備ステップが必要となる場合がある。ポリシリコンを調製するための方法は、当該技術分野周知であり、非限定的に；１）酸化物比率の高いスラリ組成物を用いた追加のＣＭＰステップまたは；２）自然酸化物を除去して新鮮な酸化度の低いポリシリコン表面を露出するために、増大した工具下向き力で本発明の一実施形態を使用するステップを含む。したがって、ポリシリコンについて本明細書中に記載の研磨速度は、自然酸化物が除去された後の研磨速度を反映するということが理解される。
【0048】
本発明の化学機械研磨組成物は、望ましいことに、本発明の方法にしたがって酸化ケイ素を含む基板を研磨するとき、低い除去速度を示す。例えば、本発明の一実施形態にしたがって、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物および／またはプラズマ助長オルトケイ酸テトラエチル（ＰＥＴＥＯＳ）および／またはオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を含むシリコンウエハを研磨する場合、研磨組成物は、望ましくは約５００Å／ｍｉｎ以下、例えば約４００Å／ｍｉｎ以下、約３００Å／ｍｉｎ以下、約２００Å／ｍｉｎ以下、約１００Å／ｍｉｎ以下、約５０Å／ｍｉｎ以下、約４０Å／ｍｉｎ以下、約３０Å／ｍｉｎ以下、約２０Å／ｍｉｎ以下、または約１０Å／ｍｉｎ以下の酸化ケイ素除去速度を示す。
【0049】
本発明の化学機械研磨組成物は、望ましいことに、本発明の方法にしたがって窒化ケイ素を含む基板を研磨するとき、高い除去速度を示す。例えば、本発明の一実施形態にしたがって、窒化ケイ素を含むシリコンウエハを研磨する場合、研磨組成物は、望ましくは約５００Å／ｍｉｎ以上、例えば約６００Å／ｍｉｎ以上、約７００Å／ｍｉｎ以上、約８００Å／ｍｉｎ以上、約９００Å／ｍｉｎ以上、約１０００Å／ｍｉｎ以上、約１１００Å／ｍｉｎ以上、約１２００Å／ｍｉｎ以上、約１３００Å／ｍｉｎ以上、約１４００Å／ｍｉｎ以上または約１５００Å／ｍｉｎ以上の窒化ケイ素除去速度を示す。
【0050】
本発明の化学機械研磨組成物は、望ましいことに、本発明の方法にしたがってポリシリコンを含む基板を研磨するとき、高い除去速度を示す。例えば、本発明の一実施形態にしたがって、ポリシリコンを含むシリコンウエハを研磨する場合、研磨組成物は、望ましくは約５００Å／ｍｉｎ以上、例えば約６００Å／ｍｉｎ以上、約７００Å／ｍｉｎ以上、約８００Å／ｍｉｎ以上、約９００Å／ｍｉｎ以上、約１０００Å／ｍｉｎ以上、約１１００Å／ｍｉｎ以上、約１２００Å／ｍｉｎ以上、約１３００Å／ｍｉｎ以上、約１４００Å／ｍｉｎ以上または約１５００Å／ｍｉｎ以上のポリシリコン除去速度を示す。
【0051】
いくつかの実施形態において、基板は、基板の表面上に窒化ケイ素を含み、基板の表面上の窒化ケイ素の少なくとも一部分は、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、基板はさらに、その表面上に酸化ケイ素を含む。これらの実施形態においては、基板の表面上の酸化ケイ素の少なくとも一部分は、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、ここで酸化ケイ素除去速度は窒化ケイ素除去速度よりも低い。
【0052】
他の実施形態において、基板は、基板の表面上にポリシリコンを含み、基板の表面上のポリシリコンの少なくとも一部分は、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、基板はさらに、その表面上に酸化ケイ素を含む。これらの実施形態においては、基板の表面上の酸化ケイ素の少なくとも一部分は、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、ここで酸化ケイ素除去速度はポリシリコン除去速度よりも低い。
【0053】
いずれかの特定の理論により束縛されることは望まないものの、カチオン性ポリマは酸化ケイ素の表面上に優先的に吸着されると考えられている。カチオン性ポリマは、酸化ケイ素表面上に保護膜を形成して、研磨組成物と酸化ケイ素表面の間の接触を阻止し、これにより、酸化ケイ素除去速度が低減されることになる一方で、有利にも窒化ケイ素除去速度は有意な影響を受けないと考えられている。第４級アンモニウム塩の添加により、酸化ケイ素表面の被覆率が改善されることで酸化ケイ素の停止能力の改善が提供され、こうして、酸化ケイ素の除去が大幅に削減または阻止されることになる。さらに、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩はカチオン性ポリマを溶液中に分配するために機能し、こうして、パッド／ウエハの表面のために利用可能なカチオン性ポリマがより多く存在することになる。
【0054】
本発明の化学機械研磨組成物および方法は、化学機械研磨装置と併用するのに特に適している。典型的には、該装置は、使用中運動していて、軌道運動、直線運動または円運動の結果生じる速度を有するプラテン、このプラテンと接触し運動中プラテンと共に移動する研磨パッド、そして研磨パッドの表面との関係において基板を接触させこれを移動させることによって研磨すべき基板を保持するキャリヤを含む。基板の研磨は、基板が本発明の研磨パッドおよび研磨組成物と接触して設置されていること、そしてその後研磨パッドが基板との関係において移動して基板の少なくとも一部分を研削して基板を研磨することによって行なわれる。
【0055】
あらゆる好適な研磨パッド（例えば研磨表面）を用いて、基板を化学機械研磨組成物で研磨することができる。好適な研磨パッドには、例えば製織および不織研磨パッドが含まれる。その上、好適な研磨パッドは、変動する密度、硬度、厚み、圧縮率、圧縮時反発能力および圧縮係数を有するあらゆる好適なポリマを含むことができる。好適なポリマには、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、それらの同時成形製品およびそれらの混合物が含まれる。軟質ポリウレタン研磨パッドは、発明力ある研磨方法との併用で極めて有用である。典型的パッドには、非限定的に、ＥＰＩＣＤ１００、ＮｅｘＰｌａｎａｒ Ｅｌｅｍｅｎｔシリーズ、ＮｅｘＰｌａｎａｒ Ｕｌｔｒａシリーズ、Ｉｋｏｎｉｃ３０００、Ｖｉｓｉｏｎｐａｄ５０００、ＩＣ１０１０が含まれる。好ましい研磨パッドとしては、Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから市販されているＮｅｘＰｌａｎａｒ Ｅ６０８８およびＮｅｘＰｌａｎａｒ Ｕ５０５０パッドが含まれる。
【0056】
望ましくは、化学機械研磨装置はさらに、インサイチュ研磨終点検出システムを含んでおり、その多くは当該技術分野公知である。研磨中の基板の表面から反射された光または他の放射物を分析することにより研磨プロセスを検査し監視するための技術が、当該技術分野公知である。このような方法は、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号および米国特許第５，９６４，６４３号中に記載されている。望ましくは、研磨中の基板との関係における研磨プロセスの進捗の検査または監視は、研磨終点の決定、すなわち特定の基板に関していつ研磨プロセスを終結させるかの決定を可能にする。
【0057】
本発明は、以下の実施形態によって特徴付けることが可能である。
【0058】
（１）実施形態１では、
（ａ）セリア粒子を含む研磨剤と、
（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、
（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、
（ｄ）水と、
を含む化学機械研磨組成物において、約５～約８のｐＨを有する研磨組成物が提示されている。
（ａ）セリア粒子を含む研磨剤と、
（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、
（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、
（ｄ）水と、
を含む化学機械研磨組成物において、約５～約８のｐＨを有する研磨組成物が提示されている。
【0059】
（２）実施形態２では、約０．０１質量％から約１質量％のセリア粒子を含む、実施形態（１）に記載の研磨組成物が提示されている。
【0060】
（３）実施形態３では、セリア粒子が約６０ｎｍ～約１２０ｎｍの平均粒子サイズを有する、実施形態（１）または（２）に記載の研磨組成物が提示されている。
【0061】
（４）実施形態（４）では、カチオン性ホモポリマを含み、約１ｐｐｍ～約２００ｐｐｍのカチオン性ホモポリマを含む、実施形態（１）～（３）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。
【0062】
（５）実施形態（５）では、カチオン性ホモポリマが、カチオン性モノマ繰り返し単位で本質的に構成されたあらゆる好適なカチオン性ホモポリマであり得る、実施形態（４）に記載の研磨組成物が提示されている。例えば、カチオン性ホモポリマは、繰り返し単位としての第４級アミン基で本質的に構成されているあらゆる好適なカチオン性モノマであり得る。４級化アミン基は非環式であるかまたは環状構造内に取込まれている。４級化アミン基は、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、アクリルアミドまたはメタクリレート基の中から独立して選択された４つの基で置換された４置換窒素原子を含むか、あるいは環状構造内に取込まれている場合には窒素原子を含みかつ上述の通りの２つの基でさらに置換された複素環飽和環か、または窒素原子に結合した上述の通りのさらなる基を有するＮ複素環基（例えばイミダゾールまたはピリジン）のいずれかを含む。４級化アミン基は、正電荷を有する（すなわち、結び付けられたアニオン部分を有するカチオンであり、これにより塩を形成する）。同様に、カチオン性ポリマをアルキル化、アシル化、エトキシル化または他の化学反応によってさらに修飾して、カチオン性ポリマの溶解度、粘度または他の物理的パラメータを改変することも好適である。好適な第４級アミンモノマには、例えば４級化ビニルイミダゾール（ビニルイミダゾリウム）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム（ＭＡＤＱＵＡＴ）、ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム（ＭＡＰＴＡＣ）、エピクロロヒドリン－ジメチルアミン（エピ－ＤＭＡ）およびこれらの組み合わせが含まれる。適切なカチオンポリマーとしては、例えば、四級化ポリ（ビニルイミダゾール）メチル硫酸、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）クロリド（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）クロリド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（ジメチルアミン－コ－エピクロロヒドリン）、ポリ［ビス（２－クロロエチル）エーテル－アルト－１，３－ビス［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ウレア］（すなわちポリクオタニウム－２）およびそれらの組み合わせなどが含まれる。
【0063】
（６）実施形態（６）では、カチオン性コポリマを含み、約１ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍのカチオン性コポリマを含む、実施形態（１）～（３）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。
【0064】
（７）実施形態（７）では、カチオン性コポリマが少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含み、少なくとも１種のカチオン性モノマがモルベースで５０％超のコポリマまたはモルベースで約５０％以下のコポリマのいずれかを含む、実施形態（６）に記載の研磨組成物が提示されている。カチオン性モノマは、カチオン性ホモポリマに関連して本明細書中で説明されている通りであり得る。好適な非イオン性モノマの非限定的な例としては、ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、アクリルアミド、ビニルアルコール、ポリビニルホルマル、ポリビニルブチラール、ポリ（ビニルフェニルケトン）、ビニルピリジン、ポリアクロレイン、エチレン、プロピレン、スチレンおよびそれらの組合せが含まれる。好適なカチオン性コポリマには、例えば、アクリルアミドとジアリルジメチルアンモニウムのコポリマ（すなわちポリクオタニウム－７）、ビニルピロリドンと四級化ジメチルアミノエチルメタクリレートのコポリマ（すなわちポリクオタミウム－１１）、ビニルピロリドンと四級化ビニルイミダゾールのコポリマ（すなわちポリクオタミウム－１６）、ビニルカプロラクタム、ビニルピロリドン、および第４級化ビニルイミダゾールのターポリマ（すなわちポリクオタニウム－４６）、および３－メチル－１－ビニルイミダゾリウム メチルサルフェート－Ｎ－ビニルピロリドンコポリマ（すなわちポリクオタニウム－４４）、ビニルピロリドンとジアリルジメチルアンモニウムのコポリマーが含まれる。さらに、好適なカチオン性ポリマには、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｓｕｐｒｅｍｅ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｈｏｌｄ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＵｌｔｒａＣａｒｅ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ３７０、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ５５０、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ５５２、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅなどのパーソナルケア用のカチオン性ポリマが含まれる。
【0065】
（８）実施形態（８）では、第４級アンモニウム塩を含み、第４級アンモニウムが約７５ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級アンモニウムカチオンを含むハロゲン化物である、実施形態（１）～（７）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。好適な第４級アンモニウム塩の非限定的例には、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラペンチルアンモニウム塩、テトラヘキシルアンモニウム塩、テトラヘプチルアンモニウム塩、テトラオクチルアンモニウム塩、テトラドデシルアンモニウム塩、ジアリルジメチルアンモニウム塩および誘導体、ベンザルコニウム塩、Ｎ－アルキルメチルイミダゾリウム塩、Ｎ，Ｎ－ジアリールイミダゾリウム塩、Ｎ－アルキルピリジニウム塩、ジデシルジメチルアンモニウム塩、テトラベンジルアンモニウム塩、ベンジルジメチルデシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルヘキシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルオクチルアンモニウム塩、ベンジルドデシルジメチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、デシルトリメチルアンモニウム塩、ジドデシルジメチルアンモニウム塩、ドデシルエチルジメチルアンモニウム塩、ドデシルトリメチルアンモニウム塩、ヘキシルトリメチルアンモニウム塩、メチルトリオクチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、トリドデシルメチルアンモニウム塩、トリエチルヘキシルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、トリメチルオクチルアンモニウム塩、トリメチルフェニルアンモニウム塩、トリヘキシルテトラデシルアンモニウム塩、［（３－メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウム塩、（３－アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウム塩、２－（アクリロイルオキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩、（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウム塩、コリン塩、トリス（２－ヒドロキシエチル）メチルアンモニウム塩が含まれる。
【0066】
（９）実施形態（９）では、第４級アンモニウム塩を含み、約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの第４級アンモニウム塩を含む、実施形態（１）～（７）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。
【0067】
（１０）実施形態（１０）では、第４級ホスホニウム塩を含み、第４級ホスホニウム塩が、約９４ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級ホスホニウムカチオンを含むハロゲン化物である、実施形態（１）～（７）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。好適な第４級ホスホニウム塩の非限定的な例には、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、ジメチルジフェニルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、テトラメチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、テトラプロピルホスホニウム塩、テトラオクチルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、トリブチルドデシルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、メチルトリフェニルホスホニウム塩、トリブチルメチルホスホニウム塩、トリブチルオクチルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、トリブチルヘキシルホスホニウム塩などが含まれる。
【0068】
（１１）実施形態（１１）では、第４級ホスホニウム塩を含み、約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの第４級ホスホニウム塩を含む、実施形態（１）～（７）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。
【0069】
（１２）実施形態（１２）では、基板を化学機械研磨する方法において、
（ｉ）基板を提供するステップと、
（ｉｉ）研磨パッドを提供するステップと、
（ｉｉｉ）（ａ）セリア粒子を含む研摩剤と、
（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、
（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、
（ｄ）水と、
を含み、約５～約８のｐＨを有する化学機械研磨組成物を提供するステップと、
（ｉｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させるステップと、
（ｖ）基板との関係において研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を移動させて、基板の表面の一部分を研削し、これにより基板を研磨するステップと、
を含む、方法が提示されている。
（ｉ）基板を提供するステップと、
（ｉｉ）研磨パッドを提供するステップと、
（ｉｉｉ）（ａ）セリア粒子を含む研摩剤と、
（ｂ）カチオン性ホモポリマ、少なくとも１種のカチオン性モノマおよび少なくとも１種の非イオン性モノマを含むカチオン性コポリマ、およびそれらの組合せの中から選択されたカチオン性ポリマと、
（ｃ）第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩と、
（ｄ）水と、
を含み、約５～約８のｐＨを有する化学機械研磨組成物を提供するステップと、
（ｉｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と基板を接触させるステップと、
（ｖ）基板との関係において研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を移動させて、基板の表面の一部分を研削し、これにより基板を研磨するステップと、
を含む、方法が提示されている。
【0070】
（１３）実施形態（１３）では、研磨組成物が、約０．０１質量％から約１質量％のセリア粒子を含む、実施形態（１２）に記載の方法が提示されている。
【0071】
（１４）実施形態（１４）では、セリア粒子が約６０ｎｍ～約１２０ｎｍの平均粒子サイズを有する、実施形態（１２）または（１３）に記載の方法が提示されている。
【0072】
（１５）実施形態（１５）では、研磨組成物が、カチオン性ホモポリマを含み、約１ｐｐｍ～約２００ｐｐｍのカチオン性ホモポリマを含む、実施形態（１２）～（１４）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。
【0073】
（１６）実施形態（１６）では、カチオン性ホモポリマが、カチオン性モノマ繰り返し単位で本質的に構成されたあらゆる好適なカチオン性ホモポリマであり得る、実施形態（１５）に記載の方法が提示されている。例えば、カチオン性ホモポリマは、繰り返し単位としての第４級アミン基で本質的に構成されているあらゆる好適なカチオン性モノマであり得る。４級化アミン基は非環式であるかまたは環状構造内に取込まれている。４級化アミン基は、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、アクリルアミドまたはメタクリレート基の中から独立して選択された４つの基で置換された４置換窒素原子を含むか、あるいは、環状構造内に取込まれている場合には窒素原子を含みかつ上述の通りの２つの基でさらに置換された複素環飽和環か、または窒素原子に結合した上述の通りのさらなる基を有するＮ－複素環基（例えばイミダゾールまたはピリジン）のいずれかを含む。４級化アミン基は、正電荷を有する（すなわち、結び付けられたアニオン部分を有するカチオンであり、これにより塩を形成する）。同様に、カチオン性ポリマをアルキル化、アシル化、エトキシル化または他の化学反応によってさらに修飾して、カチオン性ポリマの溶解度、粘度または他の物理的パラメータを改変することも好適である。好適な第４級アミンモノマには、例えば４級化ビニルイミダゾール（ビニルイミダゾリウム）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム（ＭＡＤＱＵＡＴ）、ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム（ＭＡＰＴＡＣ）、エピクロロヒドリン－ジメチルアミン（エピ－ＤＭＡ）およびこれらの組み合わせが含まれる。適切なカチオンポリマーとしては、例えば、四級化ポリ（ビニルイミダゾール）メチル硫酸、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）クロリド（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）クロリド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（ジメチルアミン－コ－エピクロロヒドリン）、ポリ［ビス（２－クロロエチル）エーテル－アルト－１，３－ビス［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ウレア］（すなわちポリクオタニウム－２）およびそれらの組み合わせなどが含まれる。
【0074】
（１７）実施形態（１７）では、研磨組成物が、カチオン性コポリマを含み、約１ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍのカチオン性コポリマを含む、実施形態（１２）～（１４）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。
【0075】
（１８）実施形態（１８）では、カチオン性コポリマが少なくとも１種のカチオン性モノマと少なくとも１種の非イオン性モノマを含み、少なくとも１種のカチオン性モノマがモルベースで５０％超のコポリマまたはモルベースで約５０％以下のコポリマのいずれかを含む、実施形態（１７）に記載の方法が提示されている。カチオン性モノマは、カチオン性ホモポリマに関連して本明細書中で説明されている通りであり得る。好適な非イオン性モノマの非限定的な例としては、ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、アクリルアミド、ビニルアルコール、ポリビニルホルマル、ポリビニルブチラール、ポリ（ビニルフェニルケトン）、ビニルピリジン、ポリアクロレイン、エチレン、プロピレン、スチレンおよびそれらの組合せが含まれる。好適なカチオン性コポリマには、例えば、アクリルアミドとジアリルジメチルアンモニウムのコポリマ（すなわちポリクオタニウム－７）、ビニルピロリドンと四級化ジメチルアミノエチルメタクリレートのコポリマ（すなわちポリクオタミウム－１１）、ビニルピロリドンと四級化ビニルイミダゾールのコポリマ（すなわちポリクオタミウム－１６）、ビニルカプロラクタム、ビニルピロリドン、および第４級化ビニルイミダゾールのターポリマ（すなわちポリクオタニウム－４６）、および３－メチル－１－ビニルイミダゾリウム メチルサルフェート－Ｎ－ビニルピロリドンコポリマ（すなわちポリクオタニウム－４４）、ビニルピロリドンとジアリルジメチルアンモニウムのコポリマが含まれる。さらに、好適なカチオン性ポリマには、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｓｕｐｒｅｍｅ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｈｏｌｄ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＵｌｔｒａＣａｒｅ、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ３７０、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ５５０、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）ＦＣ５５２、Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）Ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅなどのパーソナルケア用のカチオン性ポリマが含まれる。
【0076】
（１９）実施形態（１９）では、研磨組成物が、第４級アンモニウム塩を含み、第４級アンモニウムが約７５ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級アンモニウムカチオンを含むハロゲン化物である、実施形態（１２）～（１８）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。好適な第４級アンモニウム塩の非限定的例には、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラペンチルアンモニウム塩、テトラヘキシルアンモニウム塩、テトラヘプチルアンモニウム塩、テトラオクチルアンモニウム塩、テトラドデシルアンモニウム塩、ジアリルジメチルアンモニウム塩および誘導体、ベンザルコニウム塩、Ｎ－アルキルメチルイミダゾリウム塩、Ｎ，Ｎ－ジアリールイミダゾリウム塩、Ｎ－アルキルピリジニウム塩、ジデシルジメチルアンモニウム塩、テトラベンジルアンモニウム塩、ベンジルジメチルデシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルヘキシルアンモニウム塩、ベンジルジメチルオクチルアンモニウム塩、ベンジルドデシルジメチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、デシルトリメチルアンモニウム塩、ジドデシルジメチルアンモニウム塩、ドデシルエチルジメチルアンモニウム塩、ドデシルトリメチルアンモニウム塩、ヘキシルトリメチルアンモニウム塩、メチルトリオクチルアンモニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、トリドデシルメチルアンモニウム塩、トリエチルヘキシルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、トリメチルオクチルアンモニウム塩、トリメチルフェニルアンモニウム塩、トリヘキシルテトラデシルアンモニウム塩、［（３－メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウム塩、（３－アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウム塩、２－（アクリロイルオキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩、（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウム塩、コリン塩、トリス（２－ヒドロキシエチル）メチルアンモニウム塩が含まれる。
【0077】
（２０）実施形態（２０）では、研磨組成物が、第４級アンモニウム塩を含み、約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの第４級アンモニウム塩を含む、実施形態（１２）～（１８）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。
【0078】
（２１）実施形態（２１）では、研磨組成物が、第４級ホスホニウム塩を含み、第４級ホスホニウム塩が、約９４ｇ／ｍｏｌ以上の分子量を有する第４級ホスホニウムカチオンを含むハロゲン化物である、実施形態（１２）～（１８）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示されている。好適な第４級ホスホニウム塩の非限定的な例には、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、ジメチルジフェニルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、テトラメチルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、テトラプロピルホスホニウム塩、テトラオクチルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、トリブチルドデシルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、メチルトリフェニルホスホニウム塩、トリブチルメチルホスホニウム塩、トリブチルオクチルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、トリブチルヘキシルホスホニウム塩などが含まれる。
【0079】
（２２）実施形態（２２）では、研磨組成物が、第４級ホスホニウム塩を含み、約１０ｐｐｍ～約１０００ｐｐｍの第４級ホスホニウム塩を含む、実施形態（１２）～（１８）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。
【0080】
（２３）実施形態（２３）では、基板がその表面上に窒化ケイ素を含み、基板の表面上の窒化ケイ素の少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、実施形態（１２）～（２２）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。
【0081】
（２４）実施形態（２４）では、基板がさらにその表面上に酸化ケイ素を含み、基板の表面上の酸化ケイ素の少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、酸化ケイ素除去速度が窒化ケイ素除去速度よりも低い、実施形態（２３）に記載の方法が提示されている。
【0082】
（２５）実施形態（２５）では、基板がその表面上にポリシリコンを含み、基板の表面上のポリシリコンの少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、実施形態（１２）～（２２）のいずれか１つに記載の方法が提示されている。
【0083】
（２６）実施形態（２６）では、基板がさらにその表面上に酸化ケイ素を含み、基板の表面上の酸化ケイ素の少なくとも一部分が、いずれかの除去速度で研削され、前記基板が研磨される、酸化ケイ素除去速度がポリシリコン除去速度よりも低い、実施形態（２５）に記載の方法が提示されている。
【0084】
以下の例は本発明をさらに例示するが、いかなる形であれその範囲を限定するものとみなされるべきではない。
【実施例】
【0085】
例１
この例は、本発明の一実施形態に係る、ＳｉＮおよびＳｉＯの除去速度に対するセリア粒子サイズの効果を実証する。
この例は、本発明の一実施形態に係る、ＳｉＮおよびＳｉＯの除去速度に対するセリア粒子サイズの効果を実証する。
【0086】
ＳｉＮおよびＳｉＯ層を含む基板を、研磨組成物１Ａおよび研磨組成物１Ｂで別個に研磨した。研磨組成物１Ａは、ｐＨ５．３で、平均粒子サイズ６０ｎｍのセリア０．２質量％と、３０ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴ（ポリ（２－メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド）（すなわちカチオン性ホモポリマ）を含んでいた。研磨組成物１Ｂは、ｐＨ５．３で、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリア０．２質量％と、３０ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴを含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、１１３ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、１０７ｒｐｍ；スラリ流量、２５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、３ｐｓｉ（２０．７ｋＰａ）；研磨時間、６０秒。
【0087】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯの除去速度を決定し結果は表１に記されている。ＳｉＮ／ＳｉＯ選択性は、ＳｉＮ除去速度対ＳｉＯ除去速度の比である。
【0088】
【表1】
【0089】
表１に記された結果から明らかであるように、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリアを含んでいた研磨組成物１Ｂは、平均粒子サイズ６０ｎｍのセリアを含んでいた研磨組成物１Ａが示したＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度よりもおよそ２６９％および６７７％大きいＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を示した。研磨組成物１Ａおよび１Ｂは両方共、望ましいＳｉＮ／ＳｉＯ選択性を示し、研磨組成物１Ｂは、研磨組成物１Ａが示したＳｉＮ／ＳｉＯ選択性のおよそ４７％であるＳｉＮ／ＳｉＯ選択性を示した。
【0090】
例２
この例は、本発明の一実施形態に係る、カチオン性ホモポリマおよびカチオン性コポリマをｐＨ５．０で含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、これらのカチオン性ホモポリマおよびカチオン性コポリマの濃度の効果を実証している。
この例は、本発明の一実施形態に係る、カチオン性ホモポリマおよびカチオン性コポリマをｐＨ５．０で含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、これらのカチオン性ホモポリマおよびカチオン性コポリマの濃度の効果を実証している。
【0091】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を研磨組成物２Ａ～２Ｅで別個に研磨した。研磨組成物２Ａ～２Ｅは、ｐＨ５．０で水中に平均粒子サイズ６０ｎｍのセリア０．２質量％、３０ｐｐｍの酢酸緩衝液および殺生物剤を含んでいた。研磨組成物２Ａ（対照）は、いかなる追加の構成成分も含んでいなかった。研磨組成物２Ｂおよび２Ｃはさらに、それぞれ３０ｐｐｍまたは１５０ｐｐｍのポリＤＡＤＭＡＣホモポリマを含んでいた。研磨組成物２Ｄおよび２Ｅはさらに、アクリルアミドとのポリＤＡＤＭＡＣコポリマをそれぞれ３０ｐｐｍまたは１５０ｐｐｍ含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、１００ｒｐｍ；回転（キャリヤ）８５ｒｐｍ；スラリ流量、１５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、２．５ｐｓｉ（１７．２ｋＰａ）；ＳｉＮの研磨時間、４０秒；ＳｉＯの研磨時間、１２０秒。
【0092】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表２に記されている。
【0093】
【表2】
【0094】
表２に記された結果から明らかであるように、研磨組成物２Ｂ中の３０ｐｐｍから研磨組成物２Ｃ中の１５０ｐｐｍまでポリＤＡＤＭＡＣカチオン性ホモポリマの濃度を上昇させた結果として、ＳｉＮ除去速度はおよそ５９％低下し、ＳｉＯ除去速度はおよそ５０％低下した。研磨組成物２Ｄ中の３０ｐｐｍから研磨組成物２Ｅ中１５０ｐｐｍへとポリＤＡＤＭＡＣカチオン性コポリマの濃度を上昇させた結果、ＳｉＮ除去速度の低下は有意でないが、ＳｉＯ除去速度はおよそ８５％低下し、その結果ＳｉＮ／ＳｉＯ選択性は０．６１から３．８に改善した。したがって、ポリＤＡＤＭＡＣカチオン性コポリマの濃度を上昇させると、ＳｉＮ除去速度には有意な影響無く、ＳｉＮ／ＳｉＯ選択性が改善され、ＳｉＯ除去速度も有意に低下し、これにより、有利なＳｉＮ／ＳｉＯ選択性が維持された。
【0095】
例３
この例は、特定のカチオン性ポリマをｐＨ７で含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、このカチオン性ポリマの効果を実証している。
この例は、特定のカチオン性ポリマをｐＨ７で含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、このカチオン性ポリマの効果を実証している。
【0096】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を研磨組成物３Ａ～３Ｆで別個に研磨した。研磨組成物３Ａ～３Ｆは、ｐＨ７で水中に、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリア０．４質量％および、４０ｐｐｍのトリエタノールアミン緩衝液を含んでいた。研磨組成物３Ａ（対照）は、いかなる追加の構成成分も含んでいなかった。研磨組成物３Ｂはさらに、３０％のＤＡＤＭＡ（モノマ）を含む２５ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣビニルピロリドンコポリマを含んでいた。研磨組成物３Ｃはさらに、５０％のＤＡＤＭＡＣモノマを含むＤＡＤＭＡＣビニルピロリドンコポリマを２５ｐｐｍ含んでいた。研磨組成物３Ｃはさらに、２５ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣホモポリマを含んでいた。研磨組成物３Ｅはさらに、３０％の４級化ビニルイミダゾールモノマを含む４級化ビニルイミダゾール－ビニルピロリドンコポリマを２５ｐｐｍ含んでいた。研磨組成物３Ｆはさらに２５ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）ホモポリマを含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、９０ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、９３ｒｐｍ；スラリ流量、１５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、３ｐｓｉ（２０．７ｋＰａ）；ＳｉＮおよびＳｉＯの研磨時間、６０秒。
【0097】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表３に記されている。
【0098】
【表3】
【0099】
表３に記された結果から明らかであるように、カチオン性ポリマ中のカチオン性モノマ単位の百分率が研磨組成物３Ｂ～３Ｄ中で３０％から５０％、１００％へと増大するにつれて、ＳｉＮ除去速度は８５６Å／／ｍｉｎから６９２Å／／ｍｉｎへと低下し、ＳｉＮ／ＳｉＯ選択性は０．２から３６まで増大した。４級化ポリ（ビニルイミダゾール）モノマ単位を含むカチオン性ポリマを含む研磨組成物３Ｅおよび３Ｆ中のカチオン性モノマ単位の百分率を３０％から５０％まで増大させることによって、ＳｉＮ除去速度はおよそ１８％上昇し、ＳｉＮ／ＳｉＯ選択性はおよそ６６倍増大した。
【0100】
例４
この例は、本発明の一実施形態に係る、カチオン性ポリマと第４級アンモニウム塩の組合せを含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、この組合せの濃度の効果を実証している。
この例は、本発明の一実施形態に係る、カチオン性ポリマと第４級アンモニウム塩の組合せを含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、この組合せの濃度の効果を実証している。
【0101】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を研磨組成物４Ａおよび４Ｂで別個に研磨した。研磨組成物４Ａおよび４Ｂは、ｐＨ５．３で水中に、平均粒子サイズ６０ｎｍのセリア０．２質量％、表４に記された量の４級化ポリ（ビニルイミダゾール）（すなわちカチオン性ホモポリマ）およびジアリルジメチルアンモニウムクロリドモノマ（ＤＡＤＤＡＣ）（すなわち第４級アンモニウム塩）、３０ｐｐｍの酢酸緩衝液および殺生物剤を含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、１１３ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、１０７ｒｐｍ；スラリ流量、１５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、３ｐｓｉ（２０．７ｋＰａ）；ＳｉＮおよびＳｉＯの研磨時間、６０秒。
【0102】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表４に記されている。
【0103】
【表4】
【0104】
表４に記された結果から明らかであるように、４級化ポリ（ビニルイミダゾール）およびＤＡＤＭＡＣモノマの濃度をそれぞれ１０ｐｐｍおよび５０ｐｐｍから５０ｐｐｍおよび５５０ｐｐｍまで増大させることによって、望ましいことに、およそ４００％のＳｉＮ除去速度の上昇およびおよそ８６％のＳｉＯ除去速度の低下が結果としてもたらされた。結果としてのＳｉＮ／ＳｉＯ選択性の増大は、およそ２９倍であった。
【0105】
例５
この例は、本発明の一実施形態に係る、第４級アンモニウム塩を含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯの除去速度に対する、この第４級アンモニウム塩の効果を実証している。
この例は、本発明の一実施形態に係る、第４級アンモニウム塩を含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯの除去速度に対する、この第４級アンモニウム塩の効果を実証している。
【0106】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を研磨組成物５Ａおよび５Ｂで別個に研磨した。研磨組成物５Ａおよび５Ｂは、ｐＨ７で水中に、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリア０．４質量％、５２ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）、６５０ｐｐｍのトリエタノールアミン緩衝液および殺生物剤を含んでいた。研磨組成物５Ａは、第４級アンモニウム塩を含んでいなかった。研磨組成物５Ｂはさらに、５００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマ（すなわち第４級アンモニウム塩）を含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、９０ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、９３ｒｐｍ；スラリ流量、２５０ｍＬ／ｍｉｎ；ＳｉＮおよびＳｉＯの研磨時間、６０秒。
【0107】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表５に記されている。
【0108】
【表5】
【0109】
表５に記された結果から明らかであるように、５００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマを含む研磨組成物５Ｂは、ＤＡＤＭＡＣモノマを含んでいなかった研磨組成物５Ａが示すＳｉＮ除去速度に比べおよそ１１％高いＳｉＮ除去速度を示した。研磨組成物５Ｂが示したＳｉＯ除去速度は、研磨組成物５Ａが示したＳｉＯ除去速度のおよそ５０％であった。したがって、ＤＡＤＭＡＣモノマの存在は、研磨組成物５Ｂが示すＳｉＮ除去速度を妨げずにＳｉＯ除去速度を有効に抑制し、結果として選択性の望ましい増大がもたらされた。
【0110】
例６
この例は、カチオン性ポリマおよび第４級アンモニウム塩の組合せを含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、この組合せの効果を実証している。
この例は、カチオン性ポリマおよび第４級アンモニウム塩の組合せを含む研磨組成物が示すＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する、この組合せの効果を実証している。
【0111】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を、研磨組成物６Ａ～６Ｄで別個に研磨した。研磨組成物６Ａ～６Ｄは、ｐＨ７で水中に、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリア０．４質量％および１６．２６ｐｐｍのトリエタノールアミン緩衝液を含んでいた。研磨組成物６Ａ（対照）は、いかなる追加の構成成分も含んでいなかった。研磨組成物６Ｂ（比較用）はさらに１００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマ（すなわち第４級アンモニウム塩）を含んでいた。研磨組成物６Ｃ（比較用）は、さらに、１０ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）（すなわちカチオン性ポリマ）を含んでいた。研磨組成物６Ｄ（本発明）はさらに、１０ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）と１００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマを含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、９３ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、８７ｒｐｍ；スラリ流量、５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、２ｐｓｉ（１３．８ｋＰａ）；ＳｉＮおよびＳｉＯの研磨時間、６０秒。
【0112】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表６に記されている。
【0113】
【表6】
【0114】
表６に記された結果から明らかであるように、１００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマを含むものの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）は含んでいなかった研磨組成物６Ｂは、ＤＡＤＭＡＣモノマまたは４級化ポリ（ビニルイミダゾール）を含まなかった対照の研磨組成物６Ａと実質的に同じであるＳｉＮ／ＳｉＯ選択性を示した。１０ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）を含むもののＤＡＤＭＡＣモノマは含まなかった研磨組成物６Ｃは、対照の研磨組成物６Ａが示したＳｉＮ除去速度に比べておよそ２３６％高いＳｉＮ除去速度、そして対照の研磨組成物６Ａが示したＳｉＯ除去速度に比べおよそ９０％のＳｉＯ除去速度の低下を示した。１０ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）および１００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマを含む研磨組成物６Ｄは、対照の研磨組成物６Ａが示したＳｉＮ除去速度に比べておよそ１２１％高いＳｉＮ除去速度、そして対照の研磨組成物６Ａが示したＳｉＯ除去速度よりもおよそ９９％低いＳｉＯ除去速度を示した。したがって、研磨組成物６Ｄ中に１０ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）と１００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマが存在することで望ましいことに、研磨組成物６Ｃに比べてＳｉＮ除去速度に対する有意な影響なくＳｉＯ除去速度が抑制され、対照の研磨組成物６Ａおよび比較用研磨組成物６Ｂおよび６Ｃに比べて選択性が実質的に改善された。
【0115】
例７
この例は、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する第４級アンモニウム塩中の炭素原子数の効果を実証している。
この例は、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度に対する第４級アンモニウム塩中の炭素原子数の効果を実証している。
【0116】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を、研磨組成物７Ａ～７Ｋで別個に研磨した。研磨組成物７Ａ～７Ｋは各々、ｐＨ約５．０で水中に、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリア０．２質量％および３．３３ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）、３０ｐｐｍの酢酸酢酸緩衝液、および表７に示す通りの１ｍＭの第４級アンモニウム塩を含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、９３ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、８７ｒｐｍ；スラリ流量、５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、２ｐｓｉ（１３．８ｋＰａ）；ＳｉＮおよびＳｉＯの研磨時間、６０秒。
【0117】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表７に記されている。
【0118】
【表7】
【0119】
表７に記された結果から明らかであるように、第４級アンモニウム塩を含まなかった研磨組成物７Ａ～７Ｃは高いＳｉＯ除去速度と低いＳｉＮ／ＳｉＯ選択性を示した。４～１６個の炭素原子を有する第４級アンモニウム塩を含んでいた研磨組成物７Ｄ～７Ｉは、研磨組成物７Ａが示したＳｉＮ除去速度のおよそ９１～１０８％であるＳｉＮ除去速度を維持する一方で、対照の研磨組成物７Ａが示したＳｉＯ除去速度のおよそ３４～６１％であるＳｉＯ除去速度を示した。それぞれ１７個および２７個の炭素原子を有する第４級アンモニウム塩を含んでいた研磨組成物７Ｊおよび７Ｋは、研磨組成物７Ａが示したＳｉＯ除去速度のおよそ１５％および７％であるＳｉＯ除去速度を示した。研磨組成物７Ｊおよび７Ｋが示したＳｉＮ除去速度はそれぞれ、研磨組成物７Ａが示したＳｉＮ除去速度のおよそ７１％および５５％であり、アルキル置換基の疎水性および／または増大したサイズと相関する約１６超の炭素数を有する第４級アンモニウム塩での穏やかなＳｉＮ除去速度の抑制を実証していた。
【0120】
例８
この例は、ＳｉＮまたはＳｉＯを含む基板についての研磨速度に対する第４級ホスホニウム塩および第４級アンモニウム塩の効果を実証している。
この例は、ＳｉＮまたはＳｉＯを含む基板についての研磨速度に対する第４級ホスホニウム塩および第４級アンモニウム塩の効果を実証している。
【0121】
ＳｉＮまたはＳｉＯ層を含む基板を、研磨組成物８Ａ～８Ｆで別個に研磨した。研磨組成物８Ａ～８Ｆの各々は、およそ５．０のｐＨで水中に、平均粒子サイズ９０～１１０ｎｍのセリア０．２質量％、３．３３ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）および３０ｐｐｍの酢酸緩衝液を含んでいた。研磨組成物８Ａ～８Ｆはさらに、テトラブチルアンモニウムクロリド（Ｂｕ４ＮＣｌ）、テトラブチルアンモニウムブロミド（Ｂｕ４ＮＢｒ）、またはテトラブチルホスホニウムブロミド（Ｂｕ４ＰＢｒ）を表８中に記された量で含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、９３ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、８７ｒｐｍ；スラリ流量、５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、２ｐｓｉ（１３．８ｋＰａ）；ＳｉＮおよびＳｉＯの研磨時間、６０秒。
【0122】
研磨後、ＳｉＮおよびＳｉＯ除去速度を決定し、結果は表８に記されている。
【0123】
【表8】
【0124】
表８に記された結果から明らかであるように、Ｂｕ４ＮＣｌ、Ｂｕ４ＮＢｒおよびＢｕ４ＰＢｒの量を１ｍＭから５ｍＭまで増大させた結果、ＳｉＮ除去速度の変化は比較的小さかった（０～１５％）ものの、１ｍＭの第４級アンモニウムまたは第４級ホスホニウム塩を含む研磨組成物が示したＳｉＯ除去速度の２２％、５２％および４５％までＳｉＯ除去速度が低下した。ＳｉＮ／ＳｉＯ選択性は、ＳｉＯ除去速度の抑制に起因してＢｕ４ＮＣｌ、Ｂｕ４ＮＢｒおよびＢｕ４ＰＢｒの量の増加と共に増大した。
【0125】
本明細書中で引用されている刊行物、特許出願および特許を含めた全ての参照文献は、各参照文献が参照により組込まれるべく個別にまたは具体的に標示され本明細書中にその全体が明記されている場合と同じ程度で、参照により本明細書中に組込まれている。
【0126】
例９
この例は、本発明の一実施形態に係る、ＳｉＮ、ＳｉＯおよびポリシリコンを含む研磨組成物が示した、立方体状のセリア粒子を伴う研磨組成物の除去速度に対する第４級アンモニウム塩の効果を実証している。
この例は、本発明の一実施形態に係る、ＳｉＮ、ＳｉＯおよびポリシリコンを含む研磨組成物が示した、立方体状のセリア粒子を伴う研磨組成物の除去速度に対する第４級アンモニウム塩の効果を実証している。
【0127】
ＳｉＮ、ＳｉＯおよびポリシリコン層を含む基板を、研磨組成物９Ａ～９Ｃで別個に研磨した。研磨組成物９Ａ～９Ｃの各々は、窒素吸着によって1グラムあたり１１．８ｍ２と決定されたＢＥＴ比表面積そしてＨｏｒｉｂａ９６０により測定された１０２ｎｍおよびＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｎにより測定された１４０ｎｍという平均粒子サイズを有する立方体状セリア０．２質量％を含んでいた。さらに、各研磨組成物は、水中に３０ｐｐｍの４級化ポリ（ビニルイミダゾール）を含んでいた。研磨組成物９Ａおよび９Ｂはさらに、約５のｐＨで０．５ｍＭの酢酸緩衝液を含み、研磨組成物９Ｃはさらに、約７のｐＨで０．５ｍＭのトリエタノールアミン緩衝液を含んでいた。研磨組成物９Ａは、第４級アンモニウム塩を含んでいなかった。研磨組成物９Ｂおよび９Ｃは、さらに３００ｐｐｍのジアリルジメチルアンモニウムクロリドモノマ（ＤＡＤＭＡＣ）（すなわち第４級アンモニウム塩）を含んでいた。研磨条件は以下の通りであった：回転（プラテン）、１１３ｒｐｍ；回転（キャリヤ）、１０７ｒｐｍ；スラリ流量、１５０ｍＬ／ｍｉｎ；下向きの力、３ｐｓｉ（２０．７ｋＰａ）；ＳｉＮ、ＳｉＯおよびポリシリコンの研磨時間、６０秒。
【0128】
研磨後、ＳｉＮ、ＳｉＯおよびポリシリコンの除去速度を決定し、結果は表９に記されている。
【0129】
【表9】
【0130】
表９に記された結果から明らかであるように、３００ｐｐｍのＤＡＤＭＡＣモノマを含む研磨組成物９Ｂおよび９Ｃは、いかなるＤＡＤＭＡＣモノマも含んでいなかった研磨組成物９Ａに比べてそれぞれおよそ７９％および８５％低いＳｉＯ除去速度を示した。研磨組成物９Ｂおよび９ＣについてのＳｉＯ除去速度の低下はさらに、研磨組成物９Ａと比べたＳｉＮ／ＳｉＯ選択性をそれぞれおよそ５倍および６倍改善した。さらに、ポリシリコン研磨挙動の選択性は、研磨組成物９Ａ中の選択的なＳｉＯ除去から、ＤＡＤＭＡＣモノマを含んでいた研磨組成物９Ｂおよび９Ｃ中でのＳｉＯよりもポリシリコンの除去を優先させるように変化した。
【0131】
本発明の説明に関連した（特に以下のクレームに関連した）「ａ」および「ａｎ」ならびに「ｔｈｅ」および「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ（少なくとも１つ）」なる用語および類似の指示対象の使用は、本明細書中に別段の指示の無いかぎりまたは文脈から明らかに矛盾するのでないかぎり、単数および複数の両方を網羅するものとみなされるべきである。「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ（少なくとも１つ）」なる用語とそれに後続する１つ以上の項目のリスト「例えばＡおよびＢの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ）」の使用は、別段の指示のないかぎりまたは文脈から明らかに矛盾するのでないかぎり、列挙された項目から選択された１つの項目（ＡまたはＢ）または列挙された項目の２つ以上のあらゆる組合せ（ＡおよびＢ）を意味するものとみなされるべきである。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（～を含む）」、「ｈａｖｉｎｇ（～を有する）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（～を含む）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（～を含む）」なる用語は、別段の指摘の無いかぎり、オープンエンド用語（すなわち「～を非限定的に含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味する）とみなされるべきである。本明細書中の値の範囲の記述は、本明細書中に別段の指示が無いかぎり、この範囲内に入る各々別個の値に個別に言及する省略方法として役立つように意図されているにすぎず、各々の別個の値は、あたかもそれが本明細書中に個別に記述されているかのように本明細書中に組込まれる。本明細書中に記載の方法は全て、本明細書中で別段の指示が無いかぎり、または文脈から明らかに別段の矛盾があるのでないかぎり、あらゆる好適な順序で行なうことができる。本明細書中で提供されているいずれかのおよび全ての例または例示的言語（例えば「ｓｕｃｈ ａｓ（例えば）」）は、本発明の理解をより容易にするように意図されているにすぎず、別段の請求の無いかぎり、本発明の範囲に対し制限を加えるものではない。明細書中のいかなる文言も、いずれかの非請求対象の要素を本発明の実践にとって不可欠であると示唆するものとみなされるべきではない。
【0132】
本発明を実施するための本発明者らに知られた最良の様式を含め、本発明の好ましい実施形態が本明細書中に記載されている。当業者には、以上の説明を読んだ時点で、これらの好ましい実施形態の変形形態が明らかになるであろう。本発明者らは、当業者がこのような変形形態を必要に応じて使用することを想定しており、本発明者らは、本発明が本明細書中で具体的に記載されているもの以外の形で実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用可能な法が許容する通り、本明細書に添付の特許請求の範囲に記述された主題の全ての修正および等価物を含む。さらに、本明細書中に別段の指示が無いかぎりまたは文脈により明確に否定されない限り、上述の要素の考えられる全ての変形形態におけるあらゆる組合せが、本発明により包含される。
【国際調査報告】