JP6358740B2 - 研磨用組成物 - Google Patents

Description

本発明は、炭化ケイ素基板等を研磨する研磨用組成物に関する。更に詳しくは、炭化ケイ素パワー半導体、光デバイス分野での窒化ガリウム薄膜形成の下地基板としての炭化ケイ素基板を効果的に研磨するのに有用な研磨用組成物に関するものである。

炭化ケイ素パワー半導体は、シリコンパワー半導体に比較し、次のような優れた特性を有している。（１）炭化ケイ素の禁制帯幅は、シリコンの約３倍あり、高温条件下で使用できる。（２）炭化ケイ素の絶縁破壊電圧は、シリコンの約１０倍あり、高耐圧が可能となり、パワーデバイスの小型化が可能となる。（３）炭化ケイ素の熱伝導率は、シリコンの約３倍あり、放熱性にすぐれ、冷却され易く大電流化が可能である。炭化ケイ素は、シリコンより優れた特性を有し、パワーデバイス用半導体基板として、サーバーなどの情報機器、ハイブリッド車のモーター用インバーターへの展開が図られる。このようなパワーデバイスの実現には、炭化ケイ素半導体層をエピタキシャル成長させるための表面粗度の優れた炭化ケイ素単結晶基板が必要である。

更に、青色レーザダイオードは、高い密度で情報を記録する光源として、白色ダイオードは、蛍光灯に替わる光源として注目されている。この発光素子は、窒化ガリウム半導体を用いて作製されており、基板として、炭化ケイ素単結晶基板が用いられている。

炭化ケイ素単結晶ウェハは、一般に炭化ケイ素粉末を昇華して、種結晶を再結晶化で成長させた円柱状の炭化ケイ素半導体単結晶ブロックを得る再結晶法（レーリー法）で得られている。該炭化ケイ素半導体単結晶ブロックをダイヤモンドソーなどで、所定の厚さに切り出し、面取り、両面ラッピング、化学的機械的研磨、洗浄の一連の工程を経て加工される。

炭化ケイ素は、モース硬度が９．６でダイヤモンドに次ぐ材質で、酸に不溶で化学的に極めて安定な硬質材料である。炭化ケイ素用研磨用組成物は、色々開示されているが、研磨に要する時間が長くなる問題点がある。

上述のように炭化ケイ素は硬質材料であるため、従来から炭化ケイ素基板をダイヤモンド砥粒で研磨する方法が知られている。

特許文献１〜３には、酸化クロム（ＩＩＩ）を炭化ケイ素基板の研磨に用いる半導体ウェハのメカノケミカル研磨方法が開示されている。

特許文献４には、炭化ケイ素基板をオルト過ヨウ素酸、メタ過ヨウ素酸などの酸化剤で化学的研磨を行い、コロイダルシリカ砥粒で機械的研磨を行う方法が開示されている。

特許文献５〜７には、炭化ケイ素基板をバナジン酸アンモニウム、バナジン酸ナトリウムなどのバナジン酸塩などの酸化剤で化学的研磨を行い、コロイダルシリカ砥粒で機械的研磨を行う方法が開示されている。

特許文献８には、過硫酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩などの酸化剤で、化学的機械的研磨を行う方法が開示されている。

特許文献９〜１１には、過マンガン酸カリウムの酸化剤で、化学的機械的研磨を行う方法が開示されている。

特許文献１２には、化学的機械的研磨による銅の研磨方法として、酸化剤に溶解したモリブデン酸アンモニウム塩等のモリブデンの可溶性塩と、酸化剤に溶解したリンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸等のモリブデン酸と、酸化剤に溶解したＭｏＯ_３粒子とを含む水溶性スラリーが開示されている。

特開平７−２８８２４３号公報 特開平７−８０７７０号公報 特開２００１−２０５５５５号公報 特開２００７−２７６６３号公報 特開２００８−１７９６５５号公報 特開２０１０−２３１９８号公報 特開２０１０−２３１９９号公報 特表２０１１−５１３９９１号公報 特開２０１２−２４８５６９号公報 国際公開第２０１３／０３５５３９号 国際公開第２０１２／１４７６０５号 特表２００８−５２７７２８号公報

しかしながら、従来のメカノケミカルによる炭化ケイ素基板の研磨方法では、研磨速度が遅く、生産性に問題があった。

従来から行われているダイヤモンド砥粒による炭化ケイ素基板の研磨では、研磨速度は、速いが、研磨被表面にキズが発生する。

特許文献１〜３の炭化ケイ素基板の研磨に酸化クロム（ＩＩＩ）を使用する研磨方法は、使用した研磨廃液に環境汚染などの環境問題があり、実用上に制限がある。

特許文献４は、炭化ケイ素基板の研磨にオルト過ヨウ素酸、メタ過ヨウ素酸などのヨウ素化合物を酸化剤に用い、コロイダルシリカで研磨する研磨方法であるが、該酸化剤から副生する遊離ヨウ素を作業者が吸引した場合、健康を害する恐れがあり、実用的でない。

特許文献５〜７は、炭化ケイ素基板の研磨にバナジン酸塩を使用し、ケイ素−炭素結合を酸化開裂する方法である。有効な研磨方法であるが、例えば、バナジン酸塩の一種であるバナジン酸アンモニウムは、国際化学物質安全性カード（ＩＣＳＣ番号：１５２２）によると、発ガン性カテゴリー：２、生殖細胞変異性グループ：２（ＤＦＧ２００５）である。水生生物に対して毒性があり、人体に対しても吸引により気管支に障害を生じることから、環境および健康面から実用的でない。また、バナジン酸塩は高価な酸化剤であり、高性能で低コストが望まれる。研磨速度が遅く、経済的でない。

特許文献８〜１１は、炭化ケイ素基板の研磨に過マンガンカリウム、過ヨウ素酸などを使用し研磨する方法である。環境及び人体に及ぼす影響を無視することは、できない。また、砥粒の種類により凝集が起きる場合があり、研磨被表面粗度を悪くする。

特許文献１２は、銅の研磨方法であり、酸化剤に溶解したモリブデン酸アンモニウム塩等のモリブデンの可溶性塩と、酸化剤に溶解したリンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸等のモリブデン酸のスラリー組成物では、酸化力が弱く、炭化ケイ素ウェハの研磨スラリーに適さない。また、ＭｏＯ_３粒子とを含む水性スラリーは、一部不溶解のＭｏＯ_３粒子が研磨機のウェハーパッド表面に残存し、炭化ケイ素ウェハの表面粗度に影響を与える。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高い研磨レートで、表面粗度に優れた基板を作製することのできる研磨用組成物を提供することを課題とする。

本発明者は、過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、分散化安定剤、砥粒及び水を含有してなる研磨用組成物を使用することにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の研磨用組成物が提供される。

［１］ 過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、前記脂肪酸遷移金属塩を分散させる分散化安定剤、砥粒及び水を含有し、前記脂肪酸遷移金属塩がステアリン酸マンガン、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸銅、及びステアリン酸亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種である研磨用組成物。

［２］ 前記過金属酸が、酸化還元電位０．７ボルト以上の金属酸化物と過酸化水素との作用で得られる化合物である前記［１］に記載の研磨用組成物。

［３］ 前記過金属酸が過モリブデン酸、過タングステン酸、過バナジン酸、過オスミウム酸、過セレン酸、及び過クロム酸からなる群から選ばれる少なくとも一種である前記［１］または［２］に記載の研磨用組成物。

［４］ 前記分散化安定剤がペルフルオロアルキル基を有するフッ素化合物、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、及び高分子分散剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の研磨用組成物。

［５］ 前記ペルフルオロアルキル基を有するフッ素フッ素化合物が脂肪族フッ素系界面活性剤である前記［４］に記載の研磨用組成物。

［６］ 前記脂肪族フッ素系界面活性剤が、ペルフルオロアルキルアミンオキシド、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩、ペルフルオロアルキルスルホン酸塩、ペルフルオロアルキルリン酸塩、ペルフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、ペルフルオロアルキルベタイン、及びペルフルオロアルキルエチレンオキシド付加物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する前記［５］に記載の研磨用組成物。

［７］ 前記アニオン界面活性剤がカルボン酸型界面活性剤、硫酸エステル型界面活性剤、スルホン酸塩型界面活性剤、及びリン酸エステル型界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する前記［４］〜［６］のいずれかに記載の研磨用組成物。

［８］
前記非イオン界面活性剤がアルキルポリオキシエチレンエーテル、アルキルフェニルポリオキシエチレンエーテル、アルキルポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル、及び脂肪族ポリオキシエチレンエステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する前記［４］〜［７］のいずれかに記載の研磨用組成物。

［９］ 前記砥粒がコロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、湿式合成シリカ、及びアルミナからなる群から選ばれる少なくとも一種である前記［１］〜［８］のいずれかに記載の研磨用組成物。

［１０］ ｐＨが６以下である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の研磨用組成物。

［１１］ 六方晶炭化ケイ素単結晶ウエハ（０００１）ケイ素面を研磨する時に使用される前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の研磨用組成物。

［１２］ 六方晶炭化ケイ素単結晶ウエハ（０００−１）炭素面を研磨する時に使用される前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の研磨用組成物。

本発明の研磨用組成物を用いることにより、高い研磨速度にて、研磨被表面にキズ、スクラッチの無い状態に仕上げることができる。また、本発明の研磨用組成物は、製造時間を短縮し、低コストで炭化ケイ素、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガリウム燐、インジウム燐等の半導体基板、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の単結晶基板、Ｎｉ−Ｐメッキされたアルミ、ガラス等の磁気ディスク基板等を製造することができる。特に、炭化ケイ素基板の研磨に好適に用いることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

本発明の研磨用組成物は、過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、脂肪酸遷移金属塩を分散させる分散化安定剤、砥粒及び水を含有してなる。

過金属酸は、金属酸化物と過酸化物とが反応して化合物となったものである。過金属酸は、酸化還元電位０．７ボルト以上の金属酸化物と過酸化水素との作用で得られる化合物であることが好ましい。過金属酸は、金属酸化物や過酸化物よりも酸化力が強く、被研磨面を酸化して、研磨速度を向上させる。過金属酸は、研磨用組成物の系内で金属酸化物と過酸化水素を混合した場合でも少量生成していると考えられるが、あらかじめ金属酸化物と過酸化水素を反応させることにより、効率的に過金属酸が得られる。得られた過金属酸を研磨用組成物の系内に添加することにより、金属酸化物と過酸化水素をそれぞれ研磨用組成物の系内に添加するよりも高い研磨速度が得られる。本発明では、金属酸化物として、酸化還元電位が０．７ボルト以上の金属酸化物が用いられ、過酸化物として、過酸化水素が用いられる。酸化還元電位が０．７ボルト以上の金属酸化物としては、例えば、モリブデン酸（酸化還元電位：１．６ボルト）、タングステン酸（酸化還元電位：１．２５ボルト）、バナジン酸（酸化還元電位：１．００ボルト）、四酸化オスミウム（酸化還元電位：０．８５ボルト）、二酸化セレン（酸化還元電位：０．７４ボルト）、クロム酸（酸化還元電位：１．３３ボルト）等が挙げられる。

また、過金属酸としては、具体的には、過モリブデン酸、過タングステン酸、過バナジン酸、過オスミウム酸、過セレン酸、及び過クロム酸からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。

研磨用組成物中の過金属酸の含有量は、０．１質量％以上とすることにより、研磨速度を向上させることができる。１０質量％を超えても研磨速度は、上限に達し経済的でない。０．１質量％〜１０質量％の範囲が好ましい。より好ましいのは、０．５〜６質量％、さらに好ましくは１〜５質量％である。

研磨用組成物中の過金属酸は、前記の金属酸化物と過酸化水素を常圧下で、反応して得られる。金属酸化物と過酸化水素の比率は、金属酸化物１モルに対して、過酸化水素１〜２．５モルの範囲が好ましい。過酸化水素１モル以上とすることにより、研磨レートを向上させることができる。２．５モル以下とすると未反応の過酸化水素が残存しない。より好ましくは、１．５〜２．２モルの範囲である。さらに好ましくは、１．８〜２．１モルの範囲である。反応温度は、１５〜７０℃の範囲が好ましい。１５℃以上とすることにより、反応を速くすることができる。７０℃以下とすると、生成した過金属酸の一部が分解を始めることを防止できる。好ましくは、２５〜５０℃である。圧力は、常圧下である。反応は、反応マスを撹拌・混合できれば良く、特に制限されることはない。

本発明の研磨用組成物で、脂肪酸遷移金属塩は、過金属酸の分解を促進し過金属酸と研磨被表面との反応を促進し、触媒のような作用をしていると考えられる。つまり、炭化ケイ素基板が研磨対象であれば、過金属酸と炭化ケイ素基板表面のケイ素、炭素との酸化反応を促進していると考えられる。

脂肪酸遷移金属塩の脂肪酸としては、炭素数６〜２０のカルボン酸であることが好ましく、例えば、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸が挙げられる。より好ましくはステアリン酸、オレイン酸であり、もっとも好ましくはステアリン酸である。

脂肪酸遷移金属塩の遷移金属としては、長周期型周期表の第３族から第１２族の元素であるが、好ましくは長周期型周期表の第３族から第１２族の第４周期の元素であり、より好ましくはマンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛である（なお、本願では第１２族も遷移金属に含める）。

脂肪酸遷移金属塩としてステアリン酸マンガン、ステアリン酸鉄、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸銅、及びステアリン酸亜鉛からなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことが好ましい。脂肪酸遷移金属塩としては、ステアリン酸マンガン、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸ニッケルが特に好ましい。研磨用組成物中の脂肪酸遷移金属塩の含有量は、０．０００１〜０．１質量％の範囲が好ましい。より好ましいのは、０．００１〜０．０５質量％、さらに好ましくは０．００５〜０．０３質量％の範囲である。０．０００１質量％以上とすることにより、触媒効果を十分得られる。０．１％を超えても更なる効果が表れにくい。

脂肪酸遷移金属塩は、研磨剤水溶液に不溶であるか、溶解度が極めて低い。従って、脂肪酸遷移金属塩は、過金属酸及び炭化ケイ素基板表面のケイ素、炭素原子との固相・液相の接触型である（研磨対象が炭化ケイ素基板の場合）。従って、脂肪酸遷移金属塩の触媒のような作用の効率を高めるには、脂肪酸遷移金属塩の研磨剤水溶液への懸濁、分散を保持することが必要である。

脂肪酸遷移金属塩は、炭化ケイ素基板の研磨工程で研磨用組成物中に混合・分散されていることが必要であり、均一に混合されていれば特に限定されるものでない。例えば、モーターによる攪拌・混合、ホモミキサーによる混合、超音波混合等が挙げられる。

本発明の研磨用組成物で、分散化安定剤は、水に不溶であり研磨用組成物の表面に浮遊状態で存在しやすい物質である脂肪酸遷移金属塩を、研磨用組成物中に懸濁、分散させることにより、脂肪酸遷移金属塩の触媒のような作用の効率を高める効果を示す物質である。ここで分散化安定剤は、ペルフルオロアルキル基を有するフッ素化合物、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、高分子分散剤等が挙げられる。これらの中でも、特にペルフルオロアルキル基を有するフッ素化合物を使用することが好ましい。

ペルフルオロアルキル基を有するフッ素化合物としては、脂肪族フッ素系界面活性剤を利用することができる。

脂肪族フッ素系界面活性剤において、ペルフルオロアルキル基は炭素数５〜１３の鎖状ペルフルオロアルキル基が好ましい。水溶性の観点から、分子量は３００〜１５００であるものが好ましい。

また、脂肪族フッ素系界面活性剤としては、ペルフルオロアルキルアミンオキシド、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩、ペルフルオロアルキルスルホン酸塩、ペルフルオロアルキルリン酸塩、ペルフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、ペルフルオロアルキルベタイン、ペルフルオロアルキルエチレンオキシド付加物を利用することができる。

前記のペルフルオロアルキル基を有するフッ素化合物の研磨用組成物中の含有量は、０．０００１〜２質量％が好ましく、より好ましくは０．０００５〜１質量％、さらに好ましくは０．００１〜０．１質量％である。０．０００１質量％以上とすることにより、脂肪酸遷移金属塩を研磨用組成物中に分散させる効果をより得ることができる。２質量％以下とすることにより研磨用組成物の泡立ちを防止し、研磨レートを向上させることができる。

分散化安定剤としてのアニオン界面活性剤として、脂肪酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルエーテルカルボン酸塩、Ｎ−アシルグルタミン酸塩などのカルボン酸型界面活性剤、第一級アルキル硫酸エステル塩、第二級アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、硫酸化油／硫酸化脂肪酸アルキルエステル、Ｎ−アシルアルカノールアミン硫酸エステル塩などの硫酸エステル型界面活性剤、α−オレフィンスルホン酸塩、第２級アルキルスルホン酸塩、Ｎ−アシル−Ｎ−メチルタウリン塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩などのスルホン酸型界面活性剤、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンまたはポリオキシプロピレンアリルエーテルリン酸塩などのリン酸エステル型界面活性剤が好ましい。

研磨用組成物中のアニオン界面活性剤の含有量は、０．０００４〜１．６質量％が好ましく、０．０００８〜１．６質量％がより好ましく、０．００１〜０．５質量％がさらに好ましい。０．０００４質量％以上とすることにより、脂肪酸遷移金属塩を研磨用組成物中に分散させる効果をより得ることができる。１．６質量％以下とすることにより研磨用組成物の泡立ちを防止し、研磨レートを向上させることができる。

分散化安定剤としての非イオン界面活性剤として、ポリエチレングリコール型の界面活性剤が好ましく、特に高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物が好ましい。例えば、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどが挙げられる。

研磨用組成物中の非イオン界面活性剤の含有量は、０．００１〜３質量％が好ましく、０．００２〜２．５質量％がより好ましく、０．００３〜１．５質量％がさらに好ましい。０．００１質量％以上とすることにより、脂肪酸遷移金属塩を研磨用組成物中に分散させる効果をより得ることができる。３質量％以下とすることにより研磨用組成物の泡立ちを防止し、研磨レートを向上させることができる。

分散化安定剤としての高分子分散剤として、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ソーダなどのポリアクリル酸又はその塩、アクリル酸共重合体などが挙げられる。

研磨用組成物中の高分子分散剤の含有量は、好ましくは０．０００５〜３質量％、より好ましくは０．００１〜１．５質量％、さらに好ましくは０．００５〜０．５質量％である。０．０００５質量％以上とすることにより、脂肪酸遷移金属塩を研磨用組成物中に分散させる効果をより得ることができる。３質量％以下とすることにより研磨用組成物の泡立ちを防止し、研磨レートを向上させることができる。

ここで、砥粒としては、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、湿式合成シリカ、及びアルミナからなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことが好ましい。そのうちコロイダルシリカが特に好ましい。研磨用組成物中の砥粒の含有量は、２質量％未満では、研磨速度が低下することがある。４０質量％を超えても研磨速度は、向上せず経済的に有効でないことから、２〜４０質量％の範囲が好ましい。より好ましくは、５〜３５質量％である。さらにこのましくは、１０〜３０質量％である。

砥粒の平均粒子径は、１０ｎｍ未満では研磨速度が低下し、２００ｎｍ超えると研磨される被研磨面の表面粗度が必ずしも良好でなくなることから、１０〜２００ｎｍの範囲であることが好ましく、３０〜１００ｎｍがより好ましい。さらに好ましくは、４０〜９０ｎｍである。

本明細書で平均粒子径とは、コロイダルシリカの場合は、周知のシアーズ滴定法によって測定された値である。シアーズ滴定法とは、アナリティカル・ケミストリ（ＡＮＡＬＹＴＩＫＡＬ ＣＨＭＩＳＴＲＹ）第２８巻第１２号（１９５６年１２月）第１９８１頁に説明されているように水酸化ナトリウムを用いた滴定による比表面積から換算される粒子径は、下記の換算式を用いて、ＢＥＴ法比表面積の値（Ｓａ）から算出する。
Ｄｐ＝６０００／ρ・Ｓａ
（但し、Ｄｐ：平均粒子径（ｎｍ）、Ｓａ：ＢＥＴ法比表面積（ｃｍ^２／ｇ）、ρ：密度（ｇ／ｃｍ^３））

研磨用組成物のｐＨは、１〜６の範囲が好ましく、さらに１．５〜５の範囲がより好ましい。さらに好ましくは、２〜４の範囲である。ｐＨが１以下では、研磨機等の材質に影響を与える場合がある。ｐＨが６を超えると過金属酸の分解が激しくなり、研磨効率が低下する。

ｐＨ調節剤としては、特に限定されるものでないが、研磨用組成物のｐＨを所望の値に調整するために酸性物質、塩基性物質を適宜使用する。酸としては、硝酸、塩酸、硫酸、酢酸等が挙げられ、好ましくは、硝酸である。塩基としては、アンモニア、苛性ソーダ、苛性カリ、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピペラジン等が好ましい。より好ましくは、苛性ソーダ、苛性カリである。

本発明の研磨用組成物は、炭化ケイ素、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガリウム燐、インジウム燐等の半導体基板、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の単結晶基板、Ｎｉ−Ｐメッキされたアルミ、ガラス等の磁気ディスク基板、磁気ヘッド等の研磨に利用することができる。特に、炭化ケイ素基板用研磨用組成物として好適に用いることができる。

炭化ケイ素の結晶面の種類には、（０００１）、（０００−１）、（１−１００）、（１１−２０）等の面がある。本発明の研磨用組成物は研磨加工の困難な（０００１）面及び（０００１）面以外の結晶面のいずれかの研磨においても好適に用いることが出来るが、特に（０００１）面、及び（０００１）面以外の結晶面では（０００−１）面の研磨に用いることが好ましい。

炭化ケイ素研磨用組成物による（０００１）面のケイ素面の研磨は、次の作用により研磨が進行すると考えられる。炭化ケイ素は、ケイ素−炭素の共有結合であり、Ｐａｕｌｉｎｇの電気陰性度（Ｘｐ）で、ケイ素１．８、炭素２．５である。従って、ケイ素は、正電荷を帯び、炭素は、負電荷を帯びている。ケイ素−炭素の共有結合の約１３％がイオン結合で形成されている。

例えば、過モリブデン酸を例として説明すると、研磨用組成物の酸性状態では、過モリブデン酸は、下記の式（１），（２）の構造を取っていると推察される。

過モリブデン酸のヒドロペルオキシドイオンが六方晶炭化ケイ素単結晶基板の（０００１）面の正電荷を帯びたＳｉ^＋に攻撃する。Ｓｉ−Ｃの結合力が弱くなり、さらにヒドロペルオキシ基の攻撃を受けて、酸化開裂反応が起きる。（０００１）面のケイ素面は、過モリブデン酸の酸化作用で最外表面に酸化ケイ素の薄膜が形成される。コロイダルシリカ（砥粒）により、薄膜が剥離し研磨される。一方、Ｃは、カーボン粒子、一部は、過モリブデン酸により酸化されガス化されると推察される。

研磨用組成物を使用して六方晶炭化ケイ素単結晶基板のケイ素面（０００１）以外の炭素面（０００−１）を研磨する場合、式（１），（２）の過モリブデン酸のＨ^＋イオンが負電荷を帯びた炭素面（０００−１）に静電気的に引きつけられる。その結果、Ｓｉ−Ｃの結合力が弱くなり、更に、過モリブデン酸の作用で酸化開裂反応を生じ、炭素面（０００−１）が過モリブデン酸の酸化作用でカーボン、炭酸ガスなどを生成し研磨が促進されると考えられる。

本発明の研磨用組成物に用いられる水としては、蒸留水、イオン交換水、純水、超純水などが挙げられる。炭化ケイ素基板の洗浄性を考慮するとイオン交換水、純水が好ましい。なお、本発明の研磨用組成物は、炭化ケイ素基板を研磨するのに適する濃度に調整したものを製造しても良いが、濃厚液として製造したのを使用時に適切に調整してもよい。

本発明の研磨用組成物は、必要に応じて、通常のこの種の基板用研磨用組成物に含まれる成分を含有してもよい。そのような成分としては、清浄剤、防錆剤、表面改質剤、粘度調節剤、抗菌剤などが挙げられる。

以上のように、本発明の研磨用組成物を用いることにより、研磨速度を向上させ、表面粗度の良い炭化ケイ素基板を製造することができる。

本発明の研磨用組成物は、すべての組成物を含有する一液型で供給されても良く、二液型で供給されてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜２０、比較例１〜９）
過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、砥粒、分散化安定剤、ｐＨ調節剤及び純水を攪拌、混合し表１に示す組成からなる研磨用組成物を得た。なお、ここで使用する過金属酸は下記の調製例によって調製されたものである。

（調製例１）
モリブデン酸１００ｇ、３５％過酸化水素水１３５ｇを５Ｌガラスビーカーに入れ、室温下で、約５時間、攪拌・混合した。過モリブデン酸を得た。

（調製例２）
タングステン酸１００ｇ、３５％過酸化水素水８７ｇを５Ｌガラスビーカーに入れ、室温下で、約５時間、攪拌・混合した。過タングステン酸を得た。

（調製例３）
バナジン酸１００ｇ、３５％過酸化水素水１８０ｇを５Ｌガラスビーカーに入れ、室温下で、約５時間、攪拌・混合した。過バナジン酸を得た。

（調製例４）
クロム酸１００ｇ、３５％過酸化水素水９８ｇを５Ｌガラスビーカーに入れ、室温下で、約５時間、攪拌・混合した。過クロム酸を得た。

（調製例５）
二酸化セレン１００ｇ、３５％過酸化水素水１５５ｇを５Ｌガラスビーカーに入れ、室温下で、約５時間、攪拌・混合した。過セレン酸を得た。

（実施例１）
調製例１で得られた過モリブデン酸１７６ｇ、ステアリン酸マンガン０．１２ｇ、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド０．０７５ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水７２３ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを２．６に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。なお、表１に示すように、実施例１の砥粒は、Ａであり、これは表２に示すＡのコロイダルシリカ（平均粒子径８０ｎｍ）を用いたという意味である。また、「コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ」とは、原液で５０％のコロイダルシリカを６００ｇ使用したという意味で、表１に示すように、調整された実施例１のコロイダルシリカの濃度（砥粒の濃度）が２０％である。

（実施例２）
調製例１で得られた過モリブデン酸３５ｇ、ステアリン酸マンガン０．４５ｇ、ラウリル硫酸ソーダ０．３ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン交換水７１４ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例３）
調製例１で得られた過モリブデン酸１８ｇ、ステアリン酸コバルト０．７５ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．１２ｇ、ヒュームドシリカ１５ｇ、イオン交換水１４６６ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．８に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例４）
調製例１で得られた過モリブデン酸１０６ｇ、ステアリン酸銅４５ｇ、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩０．１４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）９００ｇ、イオン交換水４４９ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．５に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例５）
調製例１で得られた過モリブデン酸３０ｇ、ステアリン酸マンガン０．３ｇ、ラウリル硫酸ソーダ０．１５ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８７０ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．６に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例６）
調製例１で得られた過モリブデン酸３０ｇ、ステアリン酸ニッケル０．６ｇ、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド０．１２ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８６９ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを２．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例７）
調製例２で得られた過タングステン酸２８ｇ、ステアリン酸ニッケル０．７５ｇ、ラウリル硫酸ソーダ０．３ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８７１ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．７に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例８）
調製例２で得られた過タングステン酸１４ｇ、ステアリン酸銅０．６ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．１５ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン交換水７３５ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．２に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例９）
調製例２で得られた過タングステン酸５６ｇ、ステアリン酸マンガン０．３ｇ、ペルフルオロアルキカルボン酸塩０．１４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇイオン交換水８４４ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを２．９に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１０）
調製例２で得られた過タングステン酸１４０ｇ、ステアリン酸ニッケル０．７５ｇ、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド０．３ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水７５９ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを２．１に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１１）
調製例３で得られた過バナジン酸８４ｇ、ステアリン酸マンガン０．４５ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．１１ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン交換水６６５ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを４．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１２）
調製例３で得られた過バナジン酸８４ｇ、ステアリン酸コバルト１．５ｇ、ラウリル硫酸ソーダ０．４５ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８１４ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性カリでｐＨを４．３に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１３）
調製例３で得られた過バナジン酸８４ｇ、ステアリン酸ニッケル０．７５ｇ、ラウリル硫酸ソーダ０．１５ｇ、ヒュームドシリカ２２５ｇ、イオン交換水１１９０ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．５に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１４）
調製例３で得られた過バナジン酸８４ｇ、ステアリン酸マンガン０．０８ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．１４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８１６ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性カリでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１５）
調製例４で得られた過クロム酸５９．４ｇ、ステアリン酸マンガン０．４５ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．０２ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８４０ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１６）
調製例４で得られた過クロム酸８９．１ｇ、ステアリン酸マンガン０．７５ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．０５ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン交換水６６０ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１７）
調製例４で得られた過クロム酸８９．１ｇ、ステアリン酸マンガン０．１５ｇ、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩０．１４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８１０ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性カリでｐＨを２．９に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１８）
調製例４で得られた過クロム酸５９．４ｇ、ステアリン酸ニッケル０．４５ｇ、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド０．１８ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８４０ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性カリでｐＨを２．５に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例１９）
調製例５で得られた過セレン酸１９１ｇ、ステアリン酸マンガン０．７５ｇ、ペルフルオロアルキルアミンオキシド０．１１ｇ、コロイダルシリカ（濃度：４０％）５６３ｇ、イオン交換水７４５ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．７に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（実施例２０）
調製例５で得られた過セレン酸１１５ｇ、ステアリン酸マンガン０．４５ｇ、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩０．０３ｇ、コロイダルシリカ（濃度：４０％）５６３ｇ、イオン交換水８２１ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性カリでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（比較例１）
３５％過酸化水素水１２９ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン水８７９ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（比較例２）
バナジン酸ソーダ３０ｇ、３５％過酸化水素水８６ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン水６３４ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（比較例３）
調製例１で得られた過モリブデン酸７１ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン水６７９ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを２．９に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（比較例４）
調製例３で得られた過バナジン酸８４ｇ、ステアリン酸マンガン０．３ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）７５０ｇ、イオン水６６６ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを２．９に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（比較例５）
調製例１で得られた過モリブデン酸１０６ｇ、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩 ０．１３５ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）９００ｇ、イオン水４９４ｇをモーターで攪拌、混合した。１０％苛性ソーダでｐＨを３．５に調製した。該調製液を研磨試験に使用した。

（比較例６）
調製例２で調製した過タングステン酸５４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８４６ｇをモーター攪拌、混合した。１０％苛性ソーダ水溶液でｐＨを３．０に調製した。該調製液を研磨試験に供した。

（比較例７）
オルト過ヨウ素酸５４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８４６ｇをモーター攪拌、混合した。１５％硝酸水溶液でｐＨを２．０に調製した。該調製液を研磨試験に供した。

（比較例８）
過硫酸ソーダ５４ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８４６ｇをモーター攪拌、混合した。１５％硝酸水溶液でｐＨを２．２に調製した。該調製液を研磨試験に供した。

（比較例９）
５％次亜塩素酸ソーダ７１ｇ、３５％過酸化水素３ｇ、コロイダルシリカ（濃度：５０％）６００ｇ、イオン交換水８２６ｇをモーター攪拌、混合した。ｐＨは、１０．０であった。泡を発生して、過酸化水素が分解した。該調製液を研磨試験に供した。

得られた研磨用組成物を用い、以下の条件で片面研磨加工機を用いて炭化ケイ素基板を研磨した。

（研磨条件）
研磨加工機：不二越機械（株）製ＳＬＭ−１００ 片面研磨加工機
研磨圧力：５００ｇ／ｃｍ^２
研磨パッド：ＳＵＢＡ−８００（ローデルニッタ（株）製）
定盤回転数：１００ｒｐｍ
研磨用組成物の供給量：１００ｍｌ／ｍｉｎ
研磨時間：５時間

被研磨面の特性評価で、研磨速度は、下式（数１）式により求めた。スクラッチ、キズの状態は、光学顕微鏡を用い、倍率２００倍で調べた。表面にスクラッチ、キズがない状態を「○」、ほとんど認められない状態を「△」、認められるものを「×」、研磨試験未実施もしくは表面の観察を行っていないものを「−」とした。

研磨速度（ｎｍ／ｈｒ）＝（炭化ケイ素基板の研磨前質量−炭化ケイ素基板の研磨後質量）÷炭化ケイ素基板の研磨面積（ｃｍ^２）÷炭化ケイ素基板の密度（ｇ／ｃｍ^３）÷研磨時間（ｈｒ）×１０^７ （数１）

実施例１〜２０、比較例１〜９の研磨速度、研磨状態の結果を表３に示す。

表３の結果から、本発明の過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、分散化安定剤、砥粒および水を含有してなる研磨用組成物は、従来の研磨用組成物に比較し、炭化ケイ素ウェハのケイ素面（０００１）、炭素面（０００−１）の研磨レート、研磨被表面状態に優れていることは、明らかである。過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、分散化安定剤の相乗作用の効果があることは明らかであり、実施例１〜２０と比較例４、５を比較して、過金属酸で、脂肪酸遷移金属塩と分散化安定剤のいずれを欠いても本発明の効果は、達成できない。

本発明の研磨用組成物は、過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、分散化安定剤、砥粒及び水を含有してなるもので（０００１）ケイ素面、（０００−１）炭素面を効率良く研磨することができる。

発明の研磨用組成物は、炭化ケイ素パワー半導体、光デバイス分野での窒化ガリウム薄膜の下地基板としての炭化ケイ素基板の製造に使用することができる。

Claims (12)

1. 過金属酸、脂肪酸遷移金属塩、前記脂肪酸遷移金属塩を分散させる分散化安定剤、砥粒及び水を含有し、前記脂肪酸遷移金属塩がステアリン酸マンガン、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸銅、及びステアリン酸亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種である研磨用組成物。
2. 前記過金属酸が、酸化還元電位０．７ボルト以上の金属酸化物と過酸化水素との作用で得られる化合物である請求項１に記載の研磨用組成物。
3. 前記過金属酸が過モリブデン酸、過タングステン酸、過バナジン酸、過オスミウム酸、過セレン酸、及び過クロム酸からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１または２に記載の研磨用組成物。
4. 前記分散化安定剤がペルフルオロアルキル基を有するフッ素化合物、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、及び高分子分散剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
5. 前記ペルフルオロアルキル基を有するフッ素フッ素化合物が脂肪族フッ素系界面活性剤である請求項４に記載の研磨用組成物。
6. 前記脂肪族フッ素系界面活性剤が、ペルフルオロアルキルアミンオキシド、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩、ペルフルオロアルキルスルホン酸塩、ペルフルオロアルキルリン酸塩、ペルフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、ペルフルオロアルキルベタイン、及びペルフルオロアルキルエチレンオキシド付加物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する請求項５に記載の研磨用組成物。
7. 前記アニオン界面活性剤がカルボン酸型界面活性剤、硫酸エステル型界面活性剤、スルホン酸塩型界面活性剤、及びリン酸エステル型界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する請求項４〜６のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
8. 前記非イオン界面活性剤がアルキルポリオキシエチレンエーテル、アルキルフェニルポリオキシエチレンエーテル、アルキルポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル、及び脂肪族ポリオキシエチレンエステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する請求項４〜７のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
9. 前記砥粒がコロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、湿式合成シリカ、及びアルミナからなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１〜８のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
10. ｐＨが６以下である請求項１〜９のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
11. 六方晶炭化ケイ素単結晶ウエハ（０００１）ケイ素面を研磨する時に使用される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
12. 六方晶炭化ケイ素単結晶ウエハ（０００−１）炭素面を研磨する時に使用される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の研磨用組成物。