[发明专利]改性胶体二氧化硅及其制造方法、以及使用其的研磨剂

说明书

技术领域

本发明涉及改性胶体二氧化硅及其制造方法、以及使用其的研磨剂。

背景技术

在半导体设备制造工艺中，随着半导体设备的性能的提高，需要以更高密度且高集成地制造布线的技术。在这样的半导体设备的制造工艺中，CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械研磨)成为必需的工艺。随着半导体电路的微细化的发展，图案晶圆的凹凸所要求的平坦性高，也谋求通过CMP而实现纳米级的高平滑性。为了通过CMP实现高的平滑性，优选以高的研磨速度对图案晶圆的凸部进行研磨，而另一方面基本不研磨凹部。

在此，例如使用由氮化硅膜(SiN膜)形成的图案晶圆时，由于氮化硅膜通常具有凹凸，因此，在对这样的材料进行研磨时，不仅凸部被磨削而且凹部也一起被磨削，从而难以充分消除凹凸。

进而，半导体晶圆由形成电路的多晶硅、作为绝缘材料的氧化硅、用于保护不属于沟槽或通孔的一部分的二氧化硅表面在蚀刻中免受损伤的氮化硅这样的不同种材料构成。因此，多晶硅、氧化硅等比较柔软且容易与研磨剂反应的材料会发生与其周围的氮化硅等相比被过度磨削的凹陷(dishing)这样的现象，高度差残留。

由此，在由硬且化学稳定的氮化硅等材料形成的图案晶圆的研磨工序中，谋求充分消除高度差。

作为用于应对该要求的技术，例如，日本特开2012-040671号公报中公开了一种技术，其目的在于，提供能够更高速地对氮化硅等缺乏化学反应性的研磨对象物进行研磨的研磨用组合物，使组合物中含有固定化有有机酸的胶体二氧化硅(磺酸基(阴离子)改性胶体二氧化硅)作为磨粒，且使pH为6以下。

在此，通常，胶体二氧化硅等二氧化硅溶胶有在酸性条件下二氧化硅颗粒彼此聚集从而不稳定的问题。作为用于解决这种稳定性的问题的技术，日本特开2010-269985号公报中公开了一种在pH2以上的酸性条件下zeta电位为-15mV以下的磺酸修饰水性阴离子溶胶。而且，日本特开2010-269985号公报中，作为这样的阴离子溶胶的制造方法，公开了如下技术：将具有能够化学转化成磺酸基的官能团(例如，巯基)的硅烷偶联剂添加至胶体二氧化硅中，然后将前述官能团转化成磺酸基。在此，日本特开2010-269985号公报的实施例中，将以水和甲醇作为分散介质的二氧化硅溶胶在碱性/常压条件下加热浓缩后，添加含巯基的硅烷偶联剂(3-巯丙基三甲氧基硅烷)，以沸点进行回流从而进行热熟化。接着，对甲醇和氨进行水置换，在pH变成8以下的时刻冷却至室温，添加双氧水并进行加热，由此将巯基转化成磺酸基，从而得到表面被磺酸基修饰的阴离子二氧化硅溶胶。

进而，日本特开2013-41992号公报中以提及上述日本特开2010-269985号公报、J.Ind.Eng.Chem.，Vol.12，No.6(2006)911-917的形式公开了同样的磺酸修饰水性阴离子二氧化硅溶胶的制造。在此，日本特开2013-41992号公报的实施例中，将以水作为分散介质的二氧化硅溶胶添加至与上述相同的含巯基的硅烷偶联剂的水溶液(基于乙酸的酸性条件下)中，在室温下搅拌1小时后，添加双氧水并在室温下放置48小时，从而得到磺酸修饰水性阴离子二氧化硅溶胶。

发明内容

本发明人等在实施日本特开2012-040671号公报中记载的技术时，尝试着使用通过日本特开2010-269985号公报、日本特开2013-41992号公报中记载的方法而制造的改性胶体二氧化硅。其结果明确了有如下问题：在使用包含利用这些现有技术中记载的技术而制造的阴离子改性胶体二氧化硅的研磨用组合物对SiN晶圆进行研磨时，SiN相对于正硅酸乙酯(TEOS)、多晶硅(poly-Si)的研磨速率比会发生经时变动。

因此，本发明的目的在于，提供一种改性胶体二氧化硅及其制造方法，所述改性胶体二氧化硅在用于研磨如SiN晶圆那样包含带电的改性胶体二氧化硅容易附着的材料的研磨对象物的研磨用组合物中作为磨粒使用时，能够提高研磨速率的经时稳定性。

为了解决上述问题，本发明人等反复进行了深入研究。结果明确了，通过使用使原料胶体二氧化硅中含有的微小颗粒的量减少了的胶体二氧化硅进行改性处理，得到改性胶体二氧化硅，从而可得到能解决上述问题的改性胶体二氧化硅。而且，本发明人等基于上述见解，完成了本发明。