JP2017508833A - ポリ（アミノ酸）を含む化学機械研磨（ｃｍｐ）組成物 - Google Patents

Abstract

（Ａ）コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物、（Ｂ）ポリ（アミノ酸）およびまたはその塩、ならびに（Ｍ）水性媒体を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。

Description

本発明は、本質的に、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物、および半導体産業の基板研磨におけるその使用方法に関する。本発明に係るＣＭＰ組成物は、ポリ（アミノ酸）を含み、向上した研磨性能を示す。

半導体産業において、化学機械研磨（ＣＭＰと略される）は、半導体ウエハなどの、高度な光学的、微小電気機械的、および微小電子的な、材料および装置の製造に適用される、周知の技術である。

半導体産業で使用される材料および装置の製造において、ＣＭＰは、金属表面および／または酸化物表面を平坦化するために用いられる。ＣＭＰは、化学的作用と機械的作用の相互作用を利用し、被研磨表面の平面性を達成する。化学的作用は、ＣＭＰ組成物またはＣＭＰスラリーとも称される、化学組成物によってもたらされる。機械的作用は、通常、研磨パッドによって行われ、この研磨パッドは、一般的に、被研磨表面に押し付けられ、移動プラテン上に取り付けられる。通常、プラテンの運動は、直線、回転、または軌道である。

典型的なＣＭＰ処理工程において、回転ウエハホルダは、被研磨ウエハを研磨パッドに接触させる。ＣＭＰ組成物は、通常、被研磨ウエハと研磨パッドの間に塗布される。

最新技術において、ポリ（アミノ酸）を含むＣＭＰ組成物が知られ、例えば次の文献に記載される。

特開２０００−１９２０１５号公報は、酸化セリウム粒子、分散剤、生分解性界面活性剤、および水を含む、ＣＭＰ研磨剤を開示する。高分子分散剤、水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性非イオン性界面活性剤、水溶性陽イオン性界面活性剤、および水溶性両性界面活性剤から選ばれる、１種または２種以上の化合物が使用される。生分解性界面活性剤の好ましい例として、とりわけ、
− ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、ポリ（リシン）、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、およびグルタミン酸−リシン共重合体などのポリアミノ酸、ならびにそれらの誘導体、ならびに
− デンプン、キトサン、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、プルラン、カードランなどの多糖、およびそれらの誘導体が挙げられる。

特開２０００−１９２０１５号公報

本発明の課題の１つは、シャロートレンチアイソレーションにおける誘電体基板表面のＣＭＰに適し、かつ向上した研磨性能、とりわけ、二酸化ケイ素の高い材料除去速度（ＭＲＲ：ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）と窒化ケイ素またはポリシリコンの低いＭＲＲの組み合わせによって示される、窒化ケイ素またはポリシリコンに対する二酸化ケイ素の高い選択性を示す、ＣＭＰ組成物を提供することであった。さらに、分散剤を含まず、保存時に安定であり、酸性から弱アルカリ性のｐＨ範囲ですぐに使用できるＣＭＰ組成物が求められた。

さらに、それぞれのＣＭＰ処理を提供するものであった。

したがって、
（Ａ）コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物、
（Ｂ）ポリ（アミノ酸）およびまたはその塩、ならびに
（Ｍ）水性媒体
を含む、ＣＭＰ組成物が見出された。

さらに、前述の本発明の課題は、前記ＣＭＰ組成物の存在下で基板を研磨する工程を含む、半導体素子の製造方法によって達成される。

さらに、本発明の課題を達成する、半導体産業において使用される基板を研磨するために本発明のＣＭＰ組成物を使用する方法が見出された。

好ましい実施形態は、特許請求の範囲および明細書中で説明される。好ましい実施形態の組み合わせは、本発明の範囲内であると理解される。

半導体素子は、本発明のＣＭＰ組成物存在下における基板のＣＭＰを含む方法によって製造することができる。好ましくは、前記方法は、６未満の誘電率を有する基板である、誘電体基板のＣＭＰを含む。前記方法は、より好ましくは、二酸化ケイ素を含む基板のＣＭＰ、最も好ましくは、二酸化ケイ素、および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板のＣＭＰ、具体的には、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ：ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）素子またはその一部である基板の二酸化ケイ素層のＣＭＰ、例えば、二酸化ケイ素および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板の二酸化ケイ素層のＣＭＰを含む。

前記方法が、二酸化ケイ素および窒化ケイ素を含む基板のＣＭＰを含む場合、材料除去速度に関連する、窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは２０：１よりも高く、より好ましくは３５：１よりも高く、最も好ましくは５０：１よりも高く、具体的には７０：１よりも高く、例えば９０：１よりも高い。

前記方法が、二酸化ケイ素およびポリシリコンを含む基板のＣＭＰを含む場合、材料除去速度に関連する、ポリシリコンに対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは５０：１よりも高く、より好ましくは８０：１よりも高く、最も好ましくは１００：１よりも高く、具体的には１２０：１よりも高く、例えば１８０：１よりも高い。

窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の選択性およびポリシリコンに対する二酸化ケイ素の選択性は、いずれも、ポリ（アミノ酸）（Ｂ）の種類および濃度によって、ならびに無機粒子（Ａ）の種類によって、ならびにｐＨ値などの他のパラメータを設定することによって調整することができる。

本発明のＣＭＰ組成物は、半導体産業で使用されるいずれの基板を研磨するためにも使用される。前記ＣＭＰ組成物は、好ましくは、６未満の誘電率を有する基板である誘電体基板を研磨するために、より好ましくは、二酸化ケイ素を含む基板を研磨するために、最も好ましくは、二酸化ケイ素および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板を研磨するために、具体的には、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）素子またはその一部である基板の二酸化ケイ素層を研磨するために、例えば、二酸化ケイ素および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板の二酸化ケイ素層を研磨するために使用される。

本発明のＣＭＰ組成物が、二酸化ケイ素および窒化ケイ素を含む基板を研磨するために使用される場合、材料除去速度に関連する、窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは２０：１よりも高く、より好ましくは３５：１よりも高く、最も好ましくは５０：１よりも高く、具体的には７０：１よりも高く、例えば９０：１よりも高い。

本発明のＣＭＰ組成物が、二酸化ケイ素およびポリシリコンを含む基板を研磨するために使用される場合、材料除去速度に関連する、ポリシリコンに対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは５０：１よりも高く、より好ましくは８０：１よりも高く、最も好ましくは１００：１よりも高く、具体的には１２０：１よりも高く、例えば１８０：１よりも高い。

本発明によると、ＣＭＰ組成物は、コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物（Ａ）を含む。

一般的に、コロイダル無機粒子は湿性沈降法によって製造される無機粒子であり、フュームド無機粒子は、例えば酸素存在下での金属塩化物前駆体と水素との、例えばＡｅｒｏｓｉｌ（登録商標）処理を用いる、高温火炎加水分解によって製造される。

（Ａ）は、
− コロイダル無機粒子の１種類のもの、
− フュームド無機粒子の１種類のもの、
− 異なる種類のコロイダルおよび／またはフュームド無機粒子の混合物であり得る。

一般的に、粒子（Ａ）は、様々な量で含有され得る。（Ａ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは１０質量％（「質量％」は「質量百分率」を表す）以下、より好ましくは５質量％以下、最も好ましくは２質量％以下、例えば０．７５質量％以下である。（Ａ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．００５質量％、より好ましくは少なくとも０．０１質量％、最も好ましくは少なくとも０．０５質量％、例えば少なくとも０．１質量％である。

一般的に、粒子（Ａ）は、様々な粒度分布で含有され得る。粒子（Ａ）の粒度分布は、単峰性または多峰性であり得る。多峰性の場合、粒度分布は、大抵二峰性が好ましい。本発明のＣＭＰ処理において容易に再現可能な特性プロファイルおよび容易に再現可能な状態を得るよう、（Ａ）の粒度分布は単峰性が好ましい。（Ａ）は、単峰性の粒度分布を有することが最も好ましい。

粒子（Ａ）の平均粒子径は、広範囲で様々であり得る。平均粒子径は、水性媒体（Ｍ）中における（Ａ）の粒度分布のｄ_５０値であり、例えば動的光散乱（ＤＬＳ）法または静的光散乱（ＳＬＳ）法を用いて測定することができる。これらおよびその他の方法は、当分野において周知であり、例えば、Ｋｕｎｔｚｓｃｈ Ｔｉｍｏ、Ｗｉｔｎｉｋ Ｕｌｒｉｋｅ、Ｈｏｌｌａｔｚ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓｔｉｎｔｚ、Ｒｉｐｐｅｒｇｅｒ Ｓｉｅｇｆｒｉｅｄ、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｌｕｒｒｉｅｓ Ｕｓｅｄ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ （ＣＭＰ） ｉｎ ｔｈｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」、Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｔｅｃｈｎｏｌ、２６（２００３）、第１２巻、１２３５頁を参照されたい。

ＤＬＳに関し、堀場製作所のＬＢ−５５０Ｖ（ＤＬＳ、説明書に従う動的光散乱測定）、または他のいずれのそのような機器も通常用いられる。この技術は、粒子がレーザー光源（λ＝６５０ｎｍ）を散乱させる際に、入射光に対して９０°または１７３°の角度で検出される、粒子の流体力学直径を測定する。散乱光強度の変化量は、粒子が入射ビームを通過する際の粒子のランダムなブラウン運動に起因し、時間の関数として観測される。機器によって遅延時間の関数として実行される自己相関関数は、減衰定数を抽出するために使用される。より小さい粒子は、より高速度で入射ビームを通過し、より速い減衰に相当する。

これらの減衰定数は、粒子の拡散係数Ｄ_ｔに比例し、ストークス−アインシュタインの式：

に従って粒子径を算出するために用いられ、ここで懸濁液中の粒子は、（１）球状形態を有し、かつ（２）水性媒体（Ｍ）全体にわたり均一に分散している（すなわち凝集していない）と仮定される。この関係は、η＝０．９６ｍＰａ・ｓ（Ｔ＝２２℃において）である、水性媒体（Ｍ）の粘度に顕著なずれが無いため、１質量％未満の固形分を含有する粒子分散液に当てはまると期待される。セリア分散液（Ａ）の粒度分布は、通常、必要に応じて分散媒体または超純水で希釈を行い、０．１から１．０％の固体濃度で、プラスチックキュベット内で測定される。

粒子（Ａ）の平均粒子径は、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｌｔｄ．が提供する高性能粒子サイザー（ＨＰＰＳ：Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ）、または堀場製作所のＬＢ５５０などの機器を用いる動的光散乱技術で測定して、好ましくは２０ｎｍから２００ｎｍまでの範囲内、より好ましくは２５ｎｍから１８０ｎｍまでの範囲内、最も好ましくは３０ｎｍから１７０ｎｍまでの範囲内、特に好ましくは４０ｎｍから１６０ｎｍまでの範囲内、具体的には４５ｎｍから１５０ｎｍまでの範囲内である。

ＤＩＮ ＩＳＯ９２７７：２０１０−０９に従って測定される、粒子（Ａ）のＢＥＴ表面は、広範囲で様々であり得る。粒子（Ａ）のＢＥＴ表面は、好ましくは１から５００ｍ^２／ｇまでの範囲内、より好ましくは５から２５０ｍ^２／ｇまでの範囲内、最も好ましくは１０から１００ｍ^２／ｇまでの範囲内、具体的には２０から９０ｍ^２／ｇまでの範囲内、例えば２５から８５ｍ^２／ｇまでの範囲内である。

粒子（Ａ）の形状は様々であり得る。したがって、粒子（Ａ）は、１種類または本質的に１種類の形状のものであってもよい。しかし、粒子（Ａ）が異なる形状を有することも可能である。例えば、２種類の異なる形状の粒子（Ａ）が存在していてもよい。例えば、（Ａ）は、立方体、縁が面取りされた立方体、８面体、２０面体、繭状、小結節、または突起もしくはへこみがあろうとなかろうと球の形状を有し得る。好ましくは、（Ａ）は、本質的に球状であり、したがって一般的に突起もしくはへこみを有する。

粒子（Ａ）の化学的性質は、特に限定されない。（Ａ）は同じ化学的性質のものであってもよく、または異なる化学的性質の粒子の混合物であってもよい。一般に、同じ化学的性質の粒子（Ａ）が好ましい。粒子（Ａ）は、一般的に、
− 半金属、半金属酸化物、もしくは半金属炭化物を含む、金属、金属酸化物、もしくは金属炭化物などの無機粒子、または
− 無機粒子の混合物であり得る。

粒子（Ａ）は、コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物である。それらの中で、金属または半金属の酸化物および炭化物が好ましい。より好ましくは、粒子（Ａ）は、アルミナ、セリア、酸化銅、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化マンガン、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化スズ、チタニア、炭化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、ジルコニア、またはそれらの混合物もしくは複合物である。最も好ましくは、粒子（Ａ）は、アルミナ、セリア、シリカ、チタニア、ジルコニア、またはそれらの混合物もしくは複合物である。具体的には、（Ａ）はセリアである。例えば、（Ａ）はコロイダルセリアである。

本発明によると、ＣＭＰ組成物は、
（Ｂ）ポリ（アミノ酸）を含む。

一般的に、ポリ（アミノ酸）は、それぞれのＮ−カルボン酸無水物、または例えばポリ（グルタミン酸）などの天然由来のアミノ酸高分子の重合によって合成される、技術的に合成される、主にα−アミノ酸の重縮合生成物である。ポリ（アミノ酸）は、ほぼ全ての標準的なα−アミノ酸について、高分子量に至るまで、ホモ重合体としてまたは異なるアミノ酸の共重合体として、商業的に入手可能である。一般的に、ポリペプチドおよびタンパク質は、ポリ（アミノ酸）に含まれない。

一般的に、いずれのポリ（アミノ酸）（Ｂ）も使用できる。

本発明によると、ポリ（アミノ酸）（Ｂ）は、ホモ重合体または共重合体であり得、合わせてポリ（アミノ酸）（Ｂ）とも略される。共重合体は、例えば、ブロック共重合体、または統計的共重合体であってもよい。ホモ重合体または共重合体は、例えば直鎖状、分岐状、くし形、樹状、絡み合ったもの、または架橋したものなど、様々な構造を有し得る。好ましくは、ポリ（アミノ酸）（Ｂ）は、ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、ポリ（リシン）、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩もしくは混合物であり、より好ましくは、（Ｂ）は、ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、ポリ（リシン）、またはそれらの塩もしくは混合物であり、最も好ましくは、（Ｂ）は、ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、またはそれらの塩もしくは混合物であり、具体的には（Ｂ）は、ポリ（アスパラギン酸）またはその塩であり、例えばポリアスパラギン酸ナトリウムである。

一般的に、ポリ（アミノ酸）は、広範囲な平均分子量Ｍ_ｗを有することができる。ポリ（アミノ酸）（Ｂ）は、好ましくは２００から１００００ｇ／ｍｏｌまでの範囲内、より好ましくは４００から６０００ｇ／ｍｏｌまでの範囲内、最も好ましくは６００から５０００ｇ／ｍｏｌまでの範囲内、特に好ましくは８００から４０００ｇ／ｍｏｌまでの範囲内の、例えばゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定できる、平均分子量Ｍ_ｗを有する。

一般的に、ポリ（アミノ酸）（Ｂ）は、様々な量で含有され得る。（Ｂ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは５質量％以下、より好ましくは１質量％以下、最も好ましくは０．５質量％以下、具体的には０．１５質量％以下、例えば０．０８質量％以下である。（Ｂ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．０００１質量％、より好ましくは少なくとも０．００１質量％、最も好ましくは少なくとも０．００２質量％、具体的には少なくとも０．００６質量％、例えば少なくとも０．０１質量％である。

本発明のＣＭＰ組成物は、さらに任意で少なくとも１種の糖（Ｃ）、例えば１種の糖を含有することができる。本発明によると、糖は、その置換誘導体、例えばハロゲン置換誘導体であってもよい。糖は、１０を超える単糖単位を含有する糖重合体であるような多糖ではない。好ましくは、糖は、単、ニ、三、四、五、六、七、八糖、もしくはそれらの酸化誘導体、もしくはそれらの還元誘導体、もしくはそれらの置換誘導体、またはそれらの混合物であり、より好ましくは、糖は、グルコース、ガラクトース、サッカロース、もしくはスクラロース、もしくはそれらの誘導体および立体異性体、またはそれらの混合物であり、最も好ましくは、糖は、ガラクトースもしくはスクラロース、もしくはそれらの誘導体および立体異性体、またはそれらの混合物であり、例えば糖は、ガラクトースである。

存在する場合、糖（Ｃ）は、様々な量で含有され得る。（Ｃ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは４質量％以下、より好ましくは１質量％以下、最も好ましくは０．５質量％以下、例えば０．２５質量％以下である。（Ｃ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．００５質量％、より好ましくは少なくとも０．０１質量％、最も好ましくは少なくとも０．０５質量％、例えば少なくとも０．０８質量％である。

本発明のＣＭＰ組成物は、さらに任意で少なくとも１種の腐食防止剤（Ｄ）、例えば２種の腐食防止剤を含有することができる。好ましい腐食防止剤は、ジアゾール、トリアゾール、テトラゾール、およびそれらの誘導体、例えばベンゾトリアゾールまたはトリルトリアゾールである。好ましい腐食防止剤の他の例は、アセチレンアルコール、またはアミンの塩もしくは付加物、およびアミド部分を含むカルボン酸の塩もしくは付加物である。

存在する場合、腐食防止剤（Ｄ）は、様々な量で含有され得る。（Ｄ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下、最も好ましくは２．５質量％以下、例えば１．５質量％以下である。（Ｄ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．０１質量％、より好ましくは少なくとも０．１質量％、最も好ましくは少なくとも０．３質量％、例えば少なくとも０．８質量％である。

本発明のＣＭＰ組成物は、さらに任意で少なくとも１種の酸化剤（Ｅ）、例えば１種の酸化剤を含有することができる。一般的に、酸化剤は、被研磨基板またはその層の１つを酸化させることができる化合物である。好ましくは、（Ｅ）は、過型（ｐｅｒ−ｔｙｐｅ）酸化剤である。より好ましくは、（Ｅ）は、過酸化物、過硫酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、またはそれらの誘導体である。最も好ましくは、（Ｅ）は、過酸化物または過硫酸塩である。具体的には（Ｅ）は、過酸化物である。例えば（Ｅ）は過酸化水素である。

存在する場合、酸化剤（Ｅ）は、様々な量で含有され得る。（Ｅ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、最も好ましくは５質量％以下、例えば２質量％以下である。（Ｅ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．０５質量％、より好ましくは少なくとも０．１質量％、最も好ましくは少なくとも０．５質量％、例えば少なくとも１質量％である。

本発明のＣＭＰ組成物は、さらに任意で少なくとも１種の錯化剤（Ｆ）、例えば１種の錯化剤を含有することができる。一般的に、錯化剤は、被研磨基板またはその層の１つのイオンを錯化することができる化合物である。好ましくは、（Ｆ）は、少なくとも２つのＣＯＯＨ基を有するカルボン酸、Ｎ含有カルボン酸、Ｎ含有スルホン酸、Ｎ含有硫酸、Ｎ含有ホスホン酸、Ｎ含有リン酸、またはそれらの塩である。より好ましくは、（Ｆ）は、少なくとも２つのＣＯＯＨ基を有するカルボン酸、Ｎ含有カルボン酸、またはそれらの塩である。最も好ましくは、（Ｆ）は、アミノ酸またはその塩である。例えば（Ｆ）は、グリシン、セリン、アラニン、ヒスチジン、またはそれらの塩である。

存在する場合、錯化剤（Ｆ）は、様々な量で含有され得る。（Ｆ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、最も好ましくは５質量％以下、例えば２質量％以下である。（Ｆ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．０５質量％、より好ましくは少なくとも０．１質量％、最も好ましくは少なくとも０．５質量％、例えば少なくとも１質量％である。

本発明のＣＭＰ組成物は、さらに任意で少なくとも１種の殺生物剤（Ｇ）、例えば１種の殺生物剤を含有することができる。一般的に、殺生物剤は、化学的または生物学的な方法によって、任意の有害な生物を抑止、無害化、または任意の有害な生物に対し制御効果を発揮する化合物である。好ましくは、（Ｇ）は、４級アンモニウム化合物、イソチアゾリノン系化合物、Ｎ置換ジアゼニウムジオキシド、またはＮ’−ヒドロキシ−ジアゼニウムオキシド塩である。より好ましくは、（Ｇ）は、Ｎ置換ジアゼニウムジオキシドまたはＮ’−ヒドロキシ−ジアゼニウムオキシド塩である。

存在する場合、殺生物剤（Ｇ）は、様々な量で含有され得る。存在する場合、（Ｇ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．１質量％以下、最も好ましくは０．０５質量％以下、具体的には０．０２質量％以下、例えば０．００８質量％以下である。存在する場合、（Ｇ）の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．０００１質量％、より好ましくは少なくとも０．０００５質量％、最も好ましくは少なくとも０．００１質量％、具体的には少なくとも０．００３質量％、例えば少なくとも０．００６質量％である。

本発明によると、ＣＭＰ組成物は、水性媒体（Ｍ）を含有する。（Ｍ）は、１種の水性媒体、または異なる種類の水性媒体の混合物であり得る。

一般的に、水性媒体（Ｍ）は、水を含有する、いずれの媒体でもよい。好ましくは、水性媒体（Ｍ）は、水と、水に対し混和性を有する有機溶媒（例えばアルコール、好ましくはＣ_１〜Ｃ_３アルコール、またはアルキレングリコール誘導体）の混合物である。より好ましくは、水性媒体（Ｍ）は水である。最も好ましくは、水性媒体（Ｍ）は脱イオン水である。

（Ｍ）以外の成分の総量がＣＭＰ組成物のｘ質量％であるとすると、（Ｍ）の量は、ＣＭＰ組成物の（１００−ｘ）質量％である。

安定性および研磨性能などの、本発明に係るＣＭＰ組成物の特性は、それぞれ対応する組成物のｐＨに依存し得る。使用される組成物、または本発明に係る組成物のｐＨ値は、それぞれ、好ましくは３から１１までの範囲内、より好ましくは３．５から９までの範囲内、最も好ましくは３．８から８．５までの範囲内、特に好ましくは４から８までの範囲内、例えば、４．２から７．８までの範囲内である。

必要に応じて、本発明に係るＣＭＰ組成物は、ｐＨ調整剤、安定剤などが挙げられるがそれらに限定されない、様々な他の添加剤をそれぞれ含有してもよい。前記他の添加剤は、例えば、ＣＭＰ組成物に通例使用されるものであり、したがって当業者に知られている。そのような添加は、例えば、分散液を安定させることができるか、または研磨性能もしくは異なる層間の選択性を向上させることができる。

存在する場合、前記添加剤は、様々な量で含有され得る。前記添加剤の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは１質量％以下、最も好ましくは０．１質量％以下、例えば０．０１質量％以下である。前記添加剤の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも０．０００１質量％、より好ましくは少なくとも０．００１質量％、最も好ましくは少なくとも０．０１質量％、例えば少なくとも０．１質量％である。

本発明の文脈において、分散剤を含まないとは、例えばポリアクリル酸などの、水溶性陰イオン性、水溶性非イオン性、水溶性陽イオン性、および水溶性両性界面活性剤を組成物が含まないか、または組成物の総質量に対して５０ｐｐｍ未満で含むことを意味する。

本発明に係るＣＭＰ組成物の例

Ｅ１：
（Ａ）フュームド無機粒子、
（Ｂ）ポリ（アミノ酸）、および
（Ｍ）水性媒体。

Ｅ２：
（Ａ）コロイダル無機粒子、
（Ｂ）ポリ（アミノ酸）、および
（Ｍ）水性媒体。

Ｅ３：
（Ａ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００８から１．８質量％までの量のコロイダルセリア粒子、
（Ｂ）ポリ（アミノ酸）、および
（Ｍ）水性媒体。

Ｅ４：
（Ａ）動的光散乱技術によって測定されたセリア粒子の平均粒子径が２０ｎｍから２００ｎｍまでの、コロイダルもしくはフュームドセリア粒子、またはそれらの混合物
（Ｂ）ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、ポリ（リシン）、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩、またはそれらの混合物、
（Ｍ）水。

Ｅ５：
（Ａ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００８から１．８質量％までの量のコロイダルセリア粒子、
（Ｂ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００１から２．５質量％までの量のポリ（アスパラギン酸）、および
（Ｍ）水性媒体。

Ｅ６：
（Ａ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００８から１．８質量％までの量のコロイダルセリア粒子、
（Ｂ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００１から２．５質量％までの量のポリ（アスパラギン酸）、および
（Ｃ）糖
（Ｍ）水性媒体。

Ｅ７：
（Ａ）動的光散乱技術によって測定されたセリア粒子の平均粒子径が２０ｎｍから２００ｎｍまでの、コロイダルもしくはフュームドセリア粒子、またはそれらの混合物
（Ｂ）は、ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、ポリ（リシン）、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩、またはそれらの混合物、
（Ｃ）糖であって、（Ｃ）は、単、ニ、三、四、五、六、七、八糖、もしくはそれらの酸化誘導体、もしくはそれらの還元誘導体、もしくはそれらの置換誘導体、またはそれらの混合物である。
（Ｍ）は水である

Ｅ８：
（Ａ）動的光散乱技術によって測定された粒子（Ａ）の平均粒子径が３５ｎｍから１８０ｎｍまでである、対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００８から１．８質量％までの量のコロイダルセリア粒子
（Ｂ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００１から２．５質量％までの量のポリ（アスパラギン酸）、および
（Ｃ）対応するＣＭＰ組成物の総質量に対して、０．００８から３質量％までの量の糖、および
（Ｍ）水性媒体。

ＣＭＰ組成物を製造する方法は、一般的に知られている。これらの方法は、本発明のＣＭＰ組成物の製造に適用され得る。これは、前述の成分（Ａ）、（Ｂ）、および任意の成分（Ｃ）から（Ｇ）を、水性媒体（Ｍ）中に、好ましくは水中に分散または溶解させ、任意で酸、塩基、緩衝剤、またはｐＨ調整剤を添加してｐＨ値を調整することによって行うことができる。この目的のため、慣習的かつ標準的な混合方法および混合装置（例えば攪拌槽、高せん断インペラ、超音波ミキサ、ホモジナイザノズル、または向流式ミキサなど）を使用することができる。

本発明のＣＭＰ組成物は、水性媒体（Ｍ）中に、粒子（Ａ）を分散させ、ポリ（アミノ酸）（Ｂ）および任意のさらなる添加剤を分散および／または溶解させることによって、好ましく製造される。

研磨処理は、一般的に知られ、かつ集積回路を備えるウエハの製造においてＣＭＰに慣習的に使用される条件に従う、方法および設備を用いて行うことができる。研磨処理を行うことができる設備に対する制限はない。

当分野で知られるように、ＣＭＰ処理の典型的な設備は、研磨パッドで覆われる回転プラテンで構成される。軌道研磨機も使用されている。ウエハは、キャリアまたはチャック上に取り付けられる。ウエハの処理される面は、研磨パッドに対向している（片側研磨処理）。保持リングでウエハを水平位置に固定する。

一般的にキャリアの下には、より大口径のプラテンも水平に位置付けされ、被研磨ウエハの表面に対して水平な表面をもたらす。平坦化処理の間、プラテン上の研磨パッドはウエハ表面に接触する。

材料損失を生じさせるために、ウエハは研磨パッドに押圧される。キャリアおよびプラテンはいずれも、通常、キャリアおよびプラテンから垂直に延びるそれらの各軸の周りを回転するよう構成される。回転するキャリアの軸は、回転プラテンに対する相対位置に固定されたままでもよく、またはプラテンに対して水平方向に振動してもよい。必ずしもそうとは限らないが、キャリアの回転方向は、通常、プラテンの回転方向と同じである。必ずしもそうとは限らないが、キャリアおよびプラテンの回転速度は、一般的に、異なる値に設定される。本発明のＣＭＰ処理において、本発明のＣＭＰ組成物は、通常、連続流として、または液滴法で研磨パッド上に塗布される。通例、プラテンの温度は、１０から７０℃までの温度に設定される。

ウエハへの荷重は、例えば、バッキングフィルムと称されることの多い軟質パッドで覆われた、鋼製の平板によって加えることができる。より高度な設備が使用される場合は、空気または窒素圧が負荷された可撓性膜が、パッド上にウエハを押し付ける。そのような膜キャリアは、硬質研磨パッドを使用する場合、硬質プラテンを用いる設計のキャリアの圧力分布と比較してウエハ上の下向きの圧力分布がより均一になるので、下向きの力の低い方法に好ましい。本発明によると、ウエハ上の圧力分布を制御する選択肢を備えるキャリアも使用することができる。それらは通常、互いに独立してある程度まで負荷され得る、多数の異なるチャンバを用いて設計される。

さらなる詳細については、ＷＯ２００４／０６３３０１Ａ１、とりわけ、図２と併せて、１６頁、［００３６］段落から１８頁、［００４０］段落が参照される。

本発明のＣＭＰ処理によって、および／または本発明のＣＭＰ組成物を使用することによって、優れた機能を有する、誘電体層を含む集積回路を備えるウエハを得ることができる。

本発明のＣＭＰ組成物は、すぐに使用できるスラリーとして、ＣＭＰ処理に使用することができ、それらは長い有効期間を有し、かつ長期間にわたって安定した粒度分布を示す。したがって、それらは、取り扱いおよび保存が容易である。それらは、とりわけ二酸化ケイ素の高い材料除去速度（ＭＲＲ）と窒化ケイ素またはポリシリコンの低いＭＲＲの組み合わせに関連して、優れた研磨性能を示す。その各成分の量は最小まで抑えられるため、本発明に係るＣＭＰ組成物は、それぞれ費用効率の高い方法で使用することができる。

実施例および比較例
ＣＭＰ試験のための基本手順を以下に説明する。

２００ｍｍＳｉＯ_２ウエハ用の標準的なＣＭＰ処理：
Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ ｎＳｐｉｒｅ（Ｍｏｄｅｌ ６ＥＣ）、ＶｉＰＲＲフローティング保持リングキャリア；
下方圧力：２．０ｐｓｉ（１３８ｍｂａｒ）；
背面圧力：０．５ｐｓｉ（３４．５ｍｂａｒ）；
保持リング圧力：２．５ｐｓｉ（１７２ｍｂａｒ）；
研磨テーブル／キャリア速度：９５／８６ｒｐｍ；
スラリー流速：２００ｍｌ／ｍｉｎ；
研磨時間：６０秒；
パッドコンディショニング：インサイチュ、４．０ｌｂｓ（１８Ｎ）；
研磨パッド：Ｓｕｂａ４積層パッド上のＩＣ１０００Ａ２、ｘｙ ｋまたは溝付きｋ（Ｒ＆Ｈ）；
バッキングフィルム：Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ、ＤＦ２００（１３６穴）；
コンディショニングディスク：３Ｍ Ｓ６０；
パッドは、新しい種類のスラリーをＣＭＰに使用する前に、３回のスイープによってコンディショニングされる。

スラリーは、局所供給装置内で攪拌する。

（半）透明ブランケットウエハ用の標準的な分析手順：
Ｆｉｌｍｍｅｔｒｉｃｓ Ｆ５０を用いる光学的膜厚測定よって除去を測定する。各ウエハについて、ＣＭＰの前および後で４９点の走査径（端部５ｍｍを除く）を測定する。Ｆ５０で測定したウエハ上の各点について、ＣＭＰ前後の膜厚の差から膜厚損失を計算する。４９点の走査径から得られたデータの平均によって総合的な除去が与えられ、標準偏差によって（不）均一性が与えられる。

除去速度に関して、総合的な材料除去と主研磨工程の時間との商が用いられる。

ＣＭＰ試験に使用される標準フィルム：
ＳｉＯ_２フィルム：ＰＥ ＴＥＯＳ；
Ｓｉ_３Ｎ_４フィルム：ＰＥ ＣＶＤまたはＬＰＣＶＤ
ポリＳｉフィルム：ドープ；

スラリー製造の標準的な手順：
ポリ（アスパラギン酸）塩の水溶液を調製する。この溶液にコロイダルセリア粒子（３０％原液）を攪拌下で添加する。糖（ガラクトースまたはスクラロース）の水溶液（１０％原液）を添加する。

アンモニア水溶液（０．１％）またはＨＮＯ_３（０．１％）をスラリーに添加してｐＨを調整する。ｐＨ値は、ｐＨ複合電極（Ｓｃｈｏｔｔ、ｂｌｕｅ ｌｉｎｅ ２２ｐＨ）で測定する。

差分の水を添加し、濃度を調整してもよい。

実施例で使用される無機粒子（Ａ）
６０ｎｍの平均一次粒子径（ＢＥＴ表面積測定を用いて測定）を有し、かつ９９ｎｍの平均二次粒子径（ｄ５０値）（堀場製作所の機器によって、動的光散乱技術を用いて測定）を有するコロイダルセリア粒子（例えばＲｈｏｄｉａ、ＨＣ６０）を用いた。

例えばＬａｎｘｅｓｓが提供するＢａｙｐｕｒｅ（登録商標）ＤＳ１００として商業的に入手可能な、２０００から３０００ｇ／ｍｏｌまでの分子量を有するポリ（アスパラギン酸）のナトリウム塩を使用した。

表１：実施例１から７および比較例Ｖ１からＶ４のＣＭＰ組成物、それらのｐＨ値、ならびにこれらの組成物を用いるＣＭＰ処理における、ＭＲＲ（材料除去速度）および選択性のデータ。ここで水性媒体（Ｍ）は脱イオン水である（質量％＝質量百分率、ポリＳｉ＝ポリシリコン）。

本発明に係る実施例１から７のＣＭＰ組成物は、分散安定性、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性、およびポリシリコンに対する酸化ケイ素の選択性に関して、向上した性能を示している。本発明に係るＣＭＰ組成物を使用することによって、選択性は、ポリシリコンに対する酸化ケイ素の選択性については１６倍まで高めることができ、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性については１０倍まで高めることができる。化合物（Ｂ）および（Ｃ）の量を変化させることによって、幅広い範囲内で選択性を調整することができる。

Claims (14)

1. （Ｃ）コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物、
   （Ｄ）ポリ（アミノ酸）およびまたはその塩、ならびに
   （Ｍ）水性媒体
   を含む、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。
2. 無機粒子（Ａ）がコロイダル粒子である、請求項１に記載のＣＭＰ組成物。
3. 無機粒子（Ａ）がフュームド粒子である、請求項１に記載のＣＭＰ組成物。
4. 無機粒子（Ａ）がセリア粒子である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
5. 粒子（Ａ）の平均粒子径が、動的光散乱技術で測定して、２０ｎｍから２００ｎｍまでである、請求項１から４のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
6. ポリ（アミノ酸）（Ｂ）が、ポリ（アスパラギン酸）、ポリ（グルタミン酸）、ポリ（リシン）、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩、またはそれらの混合物である、請求項１から５のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
7. ポリ（アミノ酸）（Ｂ）が、ポリ（アスパラギン酸）およびまたはその塩である、請求項１から６のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
8. （Ｃ）糖
   をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
9. 糖（Ｃ）が、単、ニ、三、四、五、六、七、八糖、もしくはそれらの酸化誘導体、もしくはそれらの還元誘導体、もしくはそれらの置換誘導体、またはそれらの混合物である、請求項１から８のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
10. 糖（Ｃ）が、グルコース、ガラクトース、サッカロース、もしくはスクラロース、もしくはそれらの誘導体および立体異性体、またはそれらの混合物である、請求項１から９のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
11. 組成物のｐＨ値が４から９までの範囲内である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物の存在下で基板を化学機械研磨する工程を含む、半導体素子の製造方法。
13. 半導体産業で使用される基板の化学機械研磨に、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＣＭＰ組成物を使用する方法。
14. 基板が、
    （ｉ）二酸化ケイ素、および
    （ｉｉ）窒化ケイ素またはポリシリコン
    を含む、請求項１３に記載の方法。