CN103180931B - 研磨用组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明的研磨用组合物含有胶体二氧化硅。设胶体二氧化硅的平均长径比为A(无量纲)、胶体二氧化硅的平均粒径为D(单位：nm)、胶体二氧化硅的粒径的标准偏差为E(单位：nm)、胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为F(单位：%)时，由式：A×D×E×F求出的值为350,000以上。并且，胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为90%以上。

Description

研磨用组合物
技术领域
本发明涉及主要用于研磨由半导体器件材料形成的研磨对象物、例如以硅晶圆为代表的半导体晶圆的用途中的研磨用组合物。
背景技术
以往，以获得更高的研磨速度为主要目的，已知有将非球形的胶体二氧化硅、具有双峰值(bimodal)的粒径分布的胶体二氧化硅作为研磨用组合物的磨粒而使用(参照例如专利文献1和2)。
然而，关于也包括沉降稳定性在内的综合特性，寻求更好的胶体二氧化硅的要求依然很高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-221059号公报
专利文献2：日本特开2007-137972号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供含有兼具优异的研磨速度和沉降稳定性的胶体二氧化硅的研磨用组合物。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的一个方案是提供一种研磨用组合物，其特征在于，其为含有胶体二氧化硅的研磨用组合物，设胶体二氧化硅的平均长径比为A(无量纲)、胶体二氧化硅的平均粒径为D(单位nm)、胶体二氧化硅的粒径的标准偏差为E(单位nm)、胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为F(单位%)时，由式：A×D×E×F求出的值为350,000以上，并且，胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为90%以上。
上述方案中优选的是，设胶体二氧化硅的长径比的标准偏差为B(无量纲)时，由式：A×B×D×E×F求出的值为30,000以上。
上述方案中优选的是，胶体二氧化硅中粒径为50nm以上并且长径比为1.2以上的颗粒所占的体积比例为50%以上。
上述方案中优选的是，胶体二氧化硅中粒径超过300nm的颗粒所占的体积比例小于2%。
发明的效果
根据本发明，能够提供含有兼具优异的研磨速度和沉降稳定性的胶体二氧化硅的研磨用组合物。
具体实施方式
以下，说明本发明的一个实施方式。
本实施方式的研磨用组合物中至少含有胶体二氧化硅，主要用于研磨由半导体器件材料形成的研磨对象物、例如硅晶圆、化合物半导体晶圆等的半导体晶圆、或者在晶圆上形成的绝缘材料或导体材料的膜的用途中。
设研磨用组合物中的胶体二氧化硅的平均长径比为A(无量纲)、胶体二氧化硅的平均粒径为D(单位nm)、胶体二氧化硅的粒径的标准偏差为E(单位nm)、胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为F(单位%)时，它们的积即A×D×E×F的值为350,000以上是必须的，优选为370,000以上。并且，设胶体二氧化硅的长径比的标准偏差为B(无量纲)时，A×B×D×E×F的值优选为30,000以上，更优选为60,000以上。
胶体二氧化硅中的各颗粒的长径比可通过如下求出：与扫描电子显微镜的该颗粒的图像外切的最小长方形的长边的长度除以相同长方形的短边的长度而求得。胶体二氧化硅的平均长径比以及长径比的标准偏差为位于扫描电子显微镜的视野范围内的多个颗粒的长径比的平均值以及标准偏差，它们可以使用一般的图像解析软件而求出。
胶体二氧化硅中的各颗粒的粒径可通过如下求出：测量扫描电子显微镜的该颗粒的图像的面积，求出与其面积相同的圆的直径作为粒径。胶体二氧化硅的平均粒径以及粒径的标准偏差为位于扫描电子显微镜的视野范围内的多个颗粒的粒径的平均值以及标准偏差，它们也可以使用一般的图像解析软件而求出。
在A×D×E×F的值为350,000以上时，进一步而言为370,000以上时，胶体二氧化硅的平均长径比较高，而且胶体二氧化硅中较多地含有对研磨有效的尺寸的颗粒，而且胶体二氧化硅的粒径分布较宽，因该理由，能够得到高的研磨速度。
在A×B×D×E×F的值为30,000以上时，进一步而言为60,000以上时，胶体二氧化硅的长径比的分布进一步较宽，因该理由，能够进一步提高研磨用组合物的研磨速度。
胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例(F)为90%以上是必须的，优选为95%以上。该值为90%以上时，进一步而言为95%以上时，容易在胶体二氧化硅中沉降的粗颗粒少，因该理由，能够得到高的沉降稳定性。研磨用组合物的沉降稳定性变差时，使用研磨用组合物研磨后研磨对象物的表面上产生多处划痕、或者该表面的平滑性不好，不能得到在研磨中研磨用组合物的供给稳定性而成为研磨速度不稳定等不良情况的原因。需要说明的是，胶体二氧化硅中的各颗粒的体积可作为以按照前面说明的方法求出的该颗粒的粒径为直径的球的体积来求出。
胶体二氧化硅中粒径为50nm以上并且长径比为1.2以上的颗粒所占的体积比例优选为50%以上，更优选为60%以上。该值为50%以上时，进一步而言为60%以上时，胶体二氧化硅中较多地含有对研磨特别有效的尺寸以及长径比的颗粒，因该理由，能够进一步提高研磨用组合物的研磨速度。
胶体二氧化硅中粒径超过300nm的颗粒所占的体积比例优选小于2%，更优选小于1.5%。该值小于2%时，进一步而言小于1.5%时，能够进一步提高研磨用组合物的沉降稳定性。
对研磨用组合物中的胶体二氧化硅的含量没有特别的限制，一般优选为0.1～20质量%，更优选为1.0～15质量%，进而优选为3.0～10质量%。
研磨用组合物的pH可根据研磨对象物的种类适当设定。对研磨用组合物的pH而言，例如在研磨对象物为硅晶圆时，优选为10～12，在研磨对象物为砷化镓等化合物半导体时，优选为6～10，在研磨对象物为半导体器件时，优选为2～11。在研磨对象物为玻璃时，研磨用组合物的pH优选为2～4或9～11的范围。pH的调整可以通过在研磨用组合物中添加碱或酸而进行。
根据本实施方式能够得到以下的优点。
·本实施方式的研磨用组合物中所含的胶体二氧化硅的平均长径比A(无量纲)、平均粒径D(单位nm)、粒径的标准偏差E(单位nm)以及粒径为1～300nm的颗粒的体积含有率F(单位%)之积(A×D×E×F的值)为350,000以上。由此，胶体二氧化硅的平均长径比较高，并且胶体二氧化硅中较多地含有对研磨有效的尺寸的颗粒，并且胶体二氧化硅的粒径分布较宽，因该理由，本实施方式的研磨用组合物能够以高的研磨速度将研磨对象物进行研磨。另外，研磨用组合物中所含的胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为90%以上，由此，容易在胶体二氧化硅中沉降的粗颗粒少，因该理由，本实施方式的研磨用组合物具有高的沉降稳定性。因此，根据本实施方式，能够提供含有兼具优异的研磨速度和沉降稳定性的胶体二氧化硅的研磨用组合物。
前述实施方式也可如以下方式进行变更。
·前述实施方式的研磨用组合物根据需要还可进一步含有公知的添加剂。例如，可含有以下任意添加剂：(a)碱金属的氢氧化物、碱金属盐、氨、铵盐、胺、胺化合物、季铵氢氧化物、季铵盐等碱；(b)盐酸、磷酸、硫酸、膦酸、硝酸、次膦酸、硼酸等无机酸；或者，乙酸、衣康酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、马来酸、乙醇酸、丙二酸、甲磺酸、甲酸、苹果酸、葡糖酸、丙氨酸、甘氨酸、乳酸、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、次氮基三[亚甲基膦酸](NTMP)、膦酸丁烷三羧酸(PBTC)等有机酸；(c)非离子性、阴离子性、阳离子性或者两性的表面活性剂；(d)水溶性纤维素、乙烯基系聚合物、聚氧化烯等水溶性聚合物；(e)多胺、多膦酸、多氨基羧酸、多氨基膦酸等螯合剂；(f)过氧化氢、过氧化物、含氧酸、酸式金属盐化合物等氧化剂；(g)防霉剂、杀菌剂、抗微生物剂等其他的添加剂。
·前述实施方式的研磨用组合物可通过用水稀释研磨用组合物的原液而制备。
·前述实施方式的研磨用组合物也可在除了研磨由半导体器件材料形成的研磨对象物以外的用途中使用。
接着，说明本发明的实施例和比较例。
实施例1～3和比较例1～10中，将胶体二氧化硅浆用纯水稀释之后，使用48质量%氢化钾水溶液调整pH为11.0，由此制备研磨用组合物。对于任意一个研磨用组合物，研磨用组合物中的胶体二氧化硅的含量为10.0质量%。各例的研磨用组合物中所含的胶体二氧化硅的具体情况、使用各例的研磨用组合物测定的研磨速度的值、以及评价各例的研磨用组合物的沉降稳定性的结果示于表1中。
[表1]
表1的“平均长径比”栏中表示各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅的平均长径比的测定结果。
表1的“长径比的标准偏差”栏中表示各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅的长径比的标准偏差的测定结果。
表1的“粒径为50nm以上并且长径比为1.2以上的颗粒的体积含有率”栏中表示各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅中粒径为50nm以上并且长径比为1.2以上的颗粒所占的体积比例的测定结果。
表1的“平均粒径”栏中表示各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅的平均粒径的测定结果。
表1的“粒径的标准偏差”栏中表示各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅的粒径的标准偏差的测定结果。
表1的“粒径为1～300nm的颗粒的体积含有率”栏中表示各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例的测定结果。
表1的“A×D×E×F”栏中表示将各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅的平均长径比、平均粒径、粒径的标准偏差以及粒径为1～300nm的颗粒的体积含有率相乘而得到的值。
表1的“A×B×D×E×F”栏中表示将各例的研磨用组合物中的胶体二氧化硅的平均长径比、长径比的标准偏差、平均粒径、粒径的标准偏差以及粒径为1～300nm的颗粒的体积含有率相乘而得到的值。
表1的“研磨速度”栏中表示使用各例的研磨用组合物，将PE-TEOS(等离子加强的正硅酸乙酯，plasma-enhancedtetraethylorthosilicate)空白晶圆的表面在表2所记载的研磨条件下研磨时的研磨速度。研磨速度的值基于使用精密电子天平测定的研磨前后的晶圆的重量差，按照以下的算式而求出。
研磨速度[/分钟]=研磨前后晶圆的重量之差[g]/研磨时间[分钟]/晶圆表面的面积[cm2](=20.26cm2)/TEOS的真密度[g/cm3](=2.2g/cm3)×108
表1的“沉降稳定性”栏中表示研磨用组合物的沉降稳定性的评价结果，评价方法：通过将各例的研磨用组合物250mL放入带盖的透明树脂容器中盖上盖在室温下静置5天之后，观察容器的底部确定是否有固体的聚集体。同栏中的“不好”表示容器的底部整体确认到聚集体，“稍微不好”表示尽管不是容器的底部整体但确认到聚集体，“好”表示没有确认到聚集体。
[表2]
如表1所示的那样，使用实施例1～3的研磨用组合物的情况下，均得到3800/分钟上下的高的研磨速度。另外，实施例1～3的研磨用组合物的沉降稳定性也好。与此相对，使用A×D×E×F的值小于350,000的比较例1、3～10的研磨用组合物的情况下，关于研磨速度，所得到的值低。另外，使用胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例小于90%的比较例2的研磨用组合物的情况下，沉降稳定性不好。

Claims (3)

1.一种研磨用组合物，其特征在于，其为含有胶体二氧化硅的研磨用组合物，设胶体二氧化硅的平均长径比为无量纲的A、胶体二氧化硅的平均粒径为以nm为单位的D、胶体二氧化硅的粒径的标准偏差为以nm为单位的E、胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为以％为单位的F时，由式：A×D×E×F求出的值为350,000以上，并且，胶体二氧化硅中粒径为1～300nm的颗粒所占的体积比例为90％以上，胶体二氧化硅中粒径为50nm以上并且长径比为1.2以上的颗粒所占的体积比例为50％以上。
2.根据权利要求1所述的研磨用组合物，其中，设胶体二氧化硅的长径比的标准偏差为无量纲的B时，由式：A×B×D×E×F求出的值为30,000以上。
3.根据权利要求1或2所述的研磨用组合物，其中，胶体二氧化硅中粒径超过300nm的颗粒所占的体积比例小于2％。
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