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公開番号2024058695
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-30
出願番号2022165945
出願日2022-10-17
発明の名称シリカ微粒子分散液、その製造方法及びシリカ微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液
出願人日揮触媒化成株式会社
代理人個人,個人
主分類C01B 33/18 20060101AFI20240422BHJP(無機化学)
要約【課題】シリカ膜、Siウェハや難加工材であっても高速で研磨することができるシリカ微粒子分散液の提供。
【解決手段】下記の特徴を備える擬球欠状シリカ微粒子を含む、シリカ微粒子分散液。[1]電子顕微鏡写真上において擬球欠状シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Xに対し、次の関係にあること。(I)弓形図形Xの弦と、少なくとも部分的に内接する。(II)弓形図形Xの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dにおいて内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。[2]前記擬球欠状シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Xの面積は1.0～1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。[3]前記擬球欠状シリカ微粒子は、画像解析法による粒子径が50～350nmであること。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
下記［１］～［３］の特徴を備える擬球欠状シリカ微粒子を含む、シリカ微粒子分散液。
［１］その電子顕微鏡写真上において、前記擬球欠状シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に前記擬球欠状シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Ｘに対し、次の関係にあること。
（Ｉ）弓形図形Ｘの弦へ、少なくとも部分的に内接する。
（ＩＩ）弓形図形Ｘの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Ｄにおいて内接し、かつ、等分点Ｄを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
［２］前記擬球欠状シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Ｘの面積は１．０～１．５倍であり、弦の長さが８０ｎｍ以上であり、矢高が４０ｎｍ以上である。
［３］前記擬球欠状シリカ微粒子は、画像解析法による粒子径が５０～３５０ｎｍであること。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記擬球欠状シリカ微粒子は、その電子顕微鏡写真上において、弓形図形Ｘの弦における少なくとも２０％の部分へ内接している、請求項１記載のシリカ微粒子分散液。
【請求項３】
更に前記擬球欠状シリカ微粒子は、その電子顕微鏡写真上において、円弧の全長を二等分する円弧上における等分点Ｄの両側に、円弧に沿ってｗ／６（ｗ：円弧の全長）ずつの長さに及ぶ円弧曲線と少なくとも部分的に内接し、該円弧曲線の両末端と接続する２つの円弧曲線とも、それぞれ少なくとも部分的に内接している、請求項１または２記載のシリカ微粒子分散液。
【請求項４】
画像解析法において、全ての粒子の平均粒子径が５０～３５０ｎｍである、請求項１または２に記載のシリカ微粒子分散液。
【請求項５】
電子顕微鏡写真上において、全ての粒子に占める前記擬球欠状シリカ微粒子の個数割合が５～２０％である、請求項１または２に記載のシリカ微粒子分散液。
【請求項６】
請求項１または２に記載のシリカ微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
【請求項７】
シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする請求項６に記載の研磨用砥粒分散液。
【請求項８】
球状のシリカ粒子を含む分散液をｐＨ８．５～１１．５、電気電導度を０．６～３．５ｍＳ／ｃｍ、液温を５～４０℃の範囲内に保ちながら、これを湿式で解砕処理を施す工程を含むことを特徴とし、請求項１または２に記載のシリカ微粒子分散液が得られる、シリカ微粒子分散液の製造方法。
【請求項９】
前記解砕処理を施した後、相対遠心加速度３００Ｇ以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去する、請求項８に記載のシリカ微粒子分散液の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造等に使用される研磨剤として好適なシリカ微粒子分散液に関し、特に基板上に形成された被研磨膜を、化学機械的研磨（ケミカルメカニカルポリッシング：ＣＭＰ）で平坦化するためのシリカ微粒子分散液、その製造方法及びシリカ微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液に関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体基板、配線基板などの半導体デバイスなどは、高密度化・微細化することで高性能化を実現している。この半導体の製造工程においては、いわゆるケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）が適用されており、具体的にはシャロートレンチ素子分離、層間絶縁膜の平坦化、コンタクトプラグやＣｕダマシン配線の形成などに必須の技術となっている。
【０００３】
一般にＣＭＰ用研磨剤は、砥粒とケミカル成分とからなり、ケミカル成分は対象被膜を酸化や腐食などさせることにより研磨を促進させる役割を担う。一方で砥粒は機械的作用により研磨する役割を持ち、コロイダルシリカやヒュームドシリカ、セリア粒子が砥粒として使われる。特にセリア粒子は酸化ケイ素膜に対して特異的に高い研磨速度を示すことから、シャロートレンチ素子分離工程での研磨に適用されている。
シャロートレンチ素子分離工程では、酸化ケイ素膜の研磨だけではなく、窒化ケイ素膜の研磨も行われる。素子分離を容易にするためには、酸化ケイ素膜の研磨速度が高く、窒化ケイ素膜の研磨速度が低い事が望ましく、この研磨速度比（選択比）も重要である。
【０００４】
従来、このような部材の研磨方法として、比較的粗い１次研磨処理を行った後、精密な２次研磨処理を行うことにより、平滑な表面あるいはスクラッチなどの傷が少ない極めて高精度の表面を得る方法が行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、シリカ膜、Ｓｉウェハや難加工材であっても高速で研磨することができるシリカ微粒子分散液、その製造方法及びシリカ微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の（１）～（９）である。
（１）下記［１］～［３］の特徴を備える擬球欠状シリカ微粒子を含む、シリカ微粒子分散液。
［１］その電子顕微鏡写真上において、前記擬球欠状シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に前記擬球欠状シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Ｘに対し、次の関係にあること。
（Ｉ）弓形図形Ｘの弦へ、少なくとも部分的に内接する。
（ＩＩ）弓形図形Ｘの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Ｄにおいて内接し、かつ、等分点Ｄを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
［２］前記擬球欠状シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Ｘの面積は１．０～１．５倍であり、弦の長さが８０ｎｍ以上であり、矢高が４０ｎｍ以上である。
［３］前記擬球欠状シリカ微粒子は、画像解析法による粒子径が５０～３５０ｎｍであること。
（２）前記擬球欠状シリカ微粒子は、その電子顕微鏡写真上において、弓形図形Ｘの弦における少なくとも２０％の部分へ内接している、上記（１）に記載のシリカ微粒子分散液。
（３）更に前記擬球欠状シリカ微粒子は、その電子顕微鏡写真上において、円弧の全長を二等分する円弧上における等分点Ｄの両側に、円弧に沿ってｗ／６（ｗ：円弧の全長）ずつの長さに及ぶ円弧曲線と少なくとも部分的に内接し、該円弧曲線の両末端と接続する２つの円弧曲線とも、それぞれ少なくとも部分的に内接している、上記（１）または（２）に記載のシリカ微粒子分散液。
（４）画像解析法において、全ての粒子の平均粒子径が５０～３５０ｎｍである、上記（１）～（３）のいずれかに記載のシリカ微粒子分散液。
（５）電子顕微鏡写真上において、全ての粒子に占める前記擬球欠状シリカ微粒子の個数割合が５～２０％である、上記（１）～（４）のいずれかに記載のシリカ微粒子分散液。
（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載のシリカ微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
（７）シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする上記（６）に記載の研磨用砥粒分散液。
（８）球状のシリカ粒子を含む分散液をｐＨ８．５～１１．５、電気電導度を０．６～３．５ｍＳ／ｃｍ、液温を５～４０℃の範囲内に保ちながら、これを湿式で解砕処理を施す工程を含むことを特徴とし、上記（１）～（５）のいずれかに記載のシリカ微粒子分散液が得られる、シリカ微粒子分散液の製造方法。
（９）前記解砕処理を施した後、相対遠心加速度３００Ｇ以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去する、上記（８）に記載のシリカ微粒子分散液の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のシリカ微粒子を含む研磨用砥粒分散液を用いると、対象物を高速で研磨することができる。本発明のシリカ微粒子分散液を、例えば、研磨用砥粒分散液として、シリカ膜あるいはＳｉウェハなどを含む難加工材を対象とした研磨用途に使用した場合、従来の研磨用砥粒分散液（例えば、球状のシリカ微粒子からなる砥粒を含む研磨用砥粒分散液）を使用した場合に較べて、高速で研磨することができる。この理由は明確ではないが、本発明のシリカ微粒子はその表面の一部が平面であるために、被研磨面に対して滑り摩擦の作用が働くことが要因となっていると本発明者は推定している。このように被研磨面に対して滑り摩擦が作用すると、転がり摩擦で作用する砥粒と比較して、研磨速度が向上すると考えられる。
本発明のシリカ微粒子分散液の製造方法は、このような優れた性能を示すシリカ微粒子分散液を効率的に製造する方法を提供するものである。
本発明のシリカ微粒子分散液の製造方法の好適な態様においては、シリカ微粒子に含まれる不純物を著しく低減させ、高純度化させることも可能である。
本発明のシリカ微粒子分散液の製造方法の好適態様によって得られる、高純度化されたシリカ微粒子分散液は、不純物を含まないため、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に特に好ましく用いることができる。
また、本発明のシリカ微粒子分散液は、研磨用砥粒分散液として使用した場合、半導体デバイス表面の平坦化に有効であり、特にはシリカ絶縁膜が形成された基板の研磨に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１（ａ）は本発明のシリカ微粒子における形状を説明するための写真および図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）にて特定された弓形図形Ｘを説明するための図である。
実施例１によって得られたシリカ微粒子のＳＥＭ画像（１０万倍）の一部が図２（ａ）であり、ＴＥＭ画像（１０万倍）の一部が図２（ｂ）である。なお、図２（ａ）のＡ及び図２（ｂ）のＡ'は、何れも本発明のシリカ微粒子の像である。
比較例１によって得られたシリカ微粒子のＳＥＭ画像（５万倍）が図３（ａ）であり、ＴＥＭ画像（５万倍）が図３（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明について説明する。
本発明は、下記［１］～［３］の特徴を備える擬球欠状シリカ微粒子を含む、シリカ微粒子分散液である。
［１］その電子顕微鏡写真上において、前記擬球欠状シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に前記擬球欠状シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Ｘに対し、次の関係にあること。
（Ｉ）弓形図形Ｘの弦へ、少なくとも部分的に内接する。
（ＩＩ）弓形図形Ｘの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Ｄにおいて内接し、かつ、等分点Ｄを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
［２］前記擬球欠状シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Ｘの面積は１．０～１．５倍であり、弦の長さが８０ｎｍ以上であり、矢高が４０ｎｍ以上である。
［３］前記擬球欠状シリカ微粒子は、画像解析法による粒子径が５０～３５０ｎｍであること。
このようなシリカ微粒子分散液を、以下では「本発明の分散液」ともいう。
また、上記［１］から［３］の特徴を備える擬球欠状シリカ微粒子を、以下では「本発明のシリカ微粒子」ともいう。
本発明の分散液は本発明のシリカ微粒子が分散溶媒に分散したものであってよいが、本発明のシリカ微粒子を含むものであれば、本発明のシリカ微粒子に該当しない粒子を含んでいてよい。
【００１０】
また、本発明は、球状のシリカ粒子を含む分散液をｐＨ８．５～１１．５、電気電導度を０．６～３．５ｍＳ／ｃｍ、液温を５～４０℃の範囲内に保ちながら、これを湿式で解砕処理を施す工程を含むことを特徴とし、本発明の分散液が得られる、シリカ微粒子分散液の製造方法である。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
（【００１１】以降は省略されています）

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