[发明专利]研磨用组合物

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造工艺中使用的研磨用组合物及使用该组合物的研磨方法。

背景技术

半导体器件制造工艺中存在以高速研磨缺乏化学反应性的金属碳化物、金属氮化物、或它们的复合材料等研磨对象物的要求。

为了研磨上述研磨对象物，以往使用的研磨用组合物大多含有磨粒和酸。

例如，特开2010-41037号公报(美国专利第8419970号说明书)中公开了含有二氧化硅和具有磺酸基或膦酸基的有机酸且pH为2.5～5的研磨用组合物。

发明内容

然而，以往的研磨用组合物存在对上述那样缺乏化学反应性的研磨对象物的研磨速度仍然低的问题。另外，还存在被用作磨粒的二氧化硅在酸性状态下保存稳定性差、易聚集这样的问题。

因此本发明的目的在于提供一种研磨用组合物，其保存稳定性良好、能够以高速研磨缺乏化学反应性的研磨对象物。

本发明人为了解决上述课题反复进行了深入研究。其结果发现，通过使酸性的研磨用组合物含有表面固定有有机酸的二氧化硅和分子量不足2万的二元醇，能够解决上述课题，从而完成本发明。

即，本发明为一种研磨用组合物，其pH为6以下，且含有：表面固定有有机酸的二氧化硅、分子量不足2万的二元醇、和pH调节剂。

具体实施方式

以下，说明本发明。

＜研磨用组合物＞

本发明的第一方案为一种研磨用组合物，其pH为6以下，且包含：表面固定有有机酸的二氧化硅、分子量不足2万的二元醇、和pH调节剂。通过采用如此的构成，保存稳定性良好，能够以高速研磨缺乏化学反应性的研磨对象物。

通过使用本发明的研磨用组合物而能够以高速研磨缺乏化学反应性的研磨对象物的详细理由不明，但可推测是基于以下机理。

以研磨对象物为氮化硅的情况为例进行说明。表面固定有有机酸的二氧化硅的Zeta电位为负、且绝对值增大。另外，同样在pH6以下的氮化硅的Zeta电位为正。因此，若研磨用组合物的pH为6以下，则研磨用组合物中的表面固定有有机酸的二氧化硅不仅没有对氮化硅产生电排斥，反而变为吸引。因此，通过使用本发明的研磨用组合物，能够以高速研磨氮化硅。

另外，表面没有固定有机酸的二氧化硅在酸性条件下Zeta电位在0附近，难以引起二氧化硅彼此的排斥。进一步，通过加入二元醇，因与表面没有固定有机酸的二氧化硅中的羟基的相互作用而变为接近疏水性的状态，因此表面未固定有机酸的二氧化硅逐渐聚集并沉降。

与其相对，本发明使用的表面固定有有机酸的二氧化硅具有羟基以外的来自有机酸的官能团。该来自有机酸的官能团与二元醇不会相互作用，二氧化硅具有原本具有的亲水性。进而，在酸性条件下，表面固定有有机酸的二氧化硅的Zeta电位大，因此会引起表面固定有有机酸的二氧化硅彼此的电排斥，表面固定有有机酸的二氧化硅的分散稳定性变好。因此可认为本发明的研磨用组合物的保存稳定性变得良好。

需要说明的是，上述机理为推测，本发明不受上述机理的任何限制。

[表面固定有有机酸的二氧化硅]

本发明的研磨用组合物中包含的表面固定有有机酸的二氧化硅是被用作磨粒的、使有机酸化学键合在表面的二氧化硅。前述二氧化硅包含气相二氧化硅、胶体二氧化硅等，特别优选为胶体二氧化硅。对前述有机酸没有特别的限制，可列举出磺酸、羧酸、磷酸等，优选为磺酸或羧酸。需要说明的是，本发明的研磨用组合物中包含的“表面固定有有机酸的二氧化硅”的表面通过来自上述有机酸的酸性基团(例如，磺基、羧基、磷酸基等)(根据情况借助连接结构(linker structure))通过共价键固定。

表面固定有有机酸的二氧化硅可以使用合成品，也可以使用市售品。另外，固定有有机酸的二氧化硅可以单独使用也可以混合2种以上使用。

对将这些有机酸导入二氧化硅表面的方法没有特别的限制，除了以巯基、烷基等状态导入二氧化硅表面、其后氧化成磺酸、羧酸这样的方法以外，还有在上述有机酸基与以保护基团键合的状态下导入到二氧化硅表面、其后使保护基团脱离这样的方法。另外，将有机酸导入到二氧化硅表面时使用的化合物具有至少1个能够成为有机酸基的官能团，进而，优选包含用于与二氧化硅表面的羟基键合的官能团、用于控制疏水性/亲水性而导入的官能团、用于控制立体位阻(steric bulk)而导入的官能团等。