特表 2024-545014 炭化ケイ素表面用研磨用組成物及びその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-05

(54)【発明の名称】炭化ケイ素表面用研磨用組成物及びその使用方法

(51)【国際特許分類】

   C09K 3/14 20060101AFI20241128BHJP

   B82B 1/00 20060101ALI20241128BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20241128BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

C09K3/14 550Z

C09K3/14 550D

B82B1/00 ZNM

H01L21/304 621D

H01L21/304 622D

B24B37/00 H

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024529918

(86)(22)【出願日】2022-12-08

(85)【翻訳文提出日】2024-05-21

(86)【国際出願番号】 JP2022045243

(87)【国際公開番号】W WO2023106358

(87)【国際公開日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】63/288,039

(32)【優先日】2021-12-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】000236702

【氏名又は名称】株式会社フジミインコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】平野 真也

(72)【発明者】

【氏名】ギャレットソン，ジェレミー

(72)【発明者】

【氏名】山本 祐介

【テーマコード（参考）】

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158AC04

3C158BA02

3C158BA04

3C158BA05

3C158BA08

3C158BA09

3C158CB01

3C158CB10

3C158DA02

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA11

3C158EB01

3C158ED05

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3C158ED24

3C158ED26

3C158ED28

5F057AA02

5F057BB09

5F057DA03

5F057EA01

5F057EA21

5F057EA22

5F057EA26

5F057EA29

5F057EA33

(57)【要約】

本開示は、多結晶炭化ケイ素含有表面を研磨するための化学的機械的研磨（ＣＭＰ）用組成物に関する。より詳細には、研磨用組成物は、酸化剤及び砥粒を含むｐＨ８以上のスラリーの形態である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化剤、砥粒及び水を含む研磨用組成物であって、
前記酸化剤は、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する過マンガン酸塩であり、
前記砥粒は、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在するアルミナであり、前記研磨用組成物が約８より大きいｐＨを有する、研磨用組成物。

【請求項2】

前記砥粒が、約５～約７の範囲の等電点を有する、請求項１に記載の研磨用組成物。

【請求項3】

前記酸化剤が過マンガン酸カリウムである、請求項１に記載の研磨用組成物。

【請求項4】

約０．００１重量％未満の量で存在するｐＨ調整剤をさらに含む、請求項１に記載の研磨用組成物。

【請求項5】

前記ｐＨ調整剤が塩基性ｐＨ調整剤である、請求項４に記載の研磨用組成物。

【請求項6】

前記ｐＨ調整剤が水酸化カリウムである、請求項５に記載の研磨用組成物。

【請求項7】

ｐＨが約９～約１０の範囲である、請求項１に記載の研磨用組成物。

【請求項8】

前記研磨用組成物が、約４μｍ／時～約７μｍ／時のポリＳｉＣ除去速度を有する、請求項１に記載の研磨用組成物。

【請求項9】

多結晶炭化ケイ素を含む基板を研磨する方法であって、
ａ）請求項１に記載の研磨用組成物を提供する工程、
ｂ）多結晶炭化ケイ素（ポリＳｉＣ）含有層を含む基板を提供する工程、及び
ｃ）前記研磨用組成物で前記基板を研磨して、研磨済基板を得る工程、を含む方法。

【請求項10】

前記基板が半導体である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記方法が、約４μｍ／時～約７μｍ／時の範囲のポリＳｉＣ除去速度をもたらす、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記研磨済基板が、約１．２ｎｍ未満の粗さ指数（Ｒａ）を有する、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記研磨済基板が、約１３ｎｍ未満の特定の平均粗さ深さ（Ｒｚ）を有する、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記研磨用組成物が、約５～約７の範囲の等電点を有する砥粒を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項15】

前記研磨用組成物が、過マンガン酸カリウムである酸化剤を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

前記研磨用組成物が、約９～約１０の範囲のｐＨを有する、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、多結晶炭化ケイ素含有表面を研磨するための化学的機械的研磨（ＣＭＰ）用組成物に関する。より詳細には、本明細書に開示される研磨用組成物は、酸化剤及び砥粒を含むｐＨ８以上のスラリーの形態である。

【背景技術】

【0002】

化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、基板（半導体ウェハなど）の表面から材料を除去し、研磨などの物理的プロセスと酸化などの化学的プロセスとを組み合わせて表面を研磨（平坦化）するプロセスである。その最も基本的な形態では、ＣＭＰは、基板又は基板を研磨する研磨パッドの表面にスラリーを適用することを含む。このプロセスは、不要な材料の除去及び基板の表面の平坦化の両方を達成する。除去又は研磨プロセスが純粋に物理的又は純粋に化学的であることは望ましくなく、むしろ両方の相乗的な組み合わせを含むことが望ましい。

【0003】

ＣＭＰは、例えば、層間又は埋め込み誘電体における二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、配線層又はそのような配線層に接続するプラグにおけるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）などの金属、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）などのバリアメタル層、半導体などの材料における多結晶炭化ケイ素（ポリＳｉＣ）など、多種多様な対象物に用いられている。

【0004】

典型的には、シリコン基板は、半導体の製造に使用される。しかしながら、シリコンの固有の特性のために、さらなる開発は制限される。次世代の半導体デバイスの開発は、より高い硬度及び他の独自の特性を有する材料の使用を重視してきた。例えば、炭化ケイ素は、酸化ケイ素と比較して、より高い熱伝導率、より高い放射線耐性、より高い絶縁強度を有し、より高い温度に耐えることができる。しかしながら、炭化ケイ素の使用は、半導体製造技術によって制限されてきた。

【0005】

炭化ケイ素半導体を製造するためには、炭化ケイ素基板の表面を、平滑な表面及び表面の正確な寸法を提供するように研磨しなければならない。今日まで、炭化ケイ素研磨のためのＣＭＰ技術の適合はあまり成功していない。コロイダルシリカを含む研磨用組成物は、炭化ケイ素の除去速度が遅いため、５０°Ｃ前後の温度で数時間かかる長時間の研磨サイクルを必要とし、炭化ケイ素基板にダメージを与えやすい。例えば、Ｚｈｏｕら、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃ．、１４４巻、Ｌ１６１－Ｌ１６３頁（１９９７）、Ｎｅｓｌｅｎら、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３０巻、１２７１－１２７５頁（２００１）を参照されたい。長い研磨サイクルは、プロセスにかなりのコストを加え、半導体産業における炭化ケイ素の広範な使用を妨げる障壁となっている。

【0006】

半導体に使用される炭化ケイ素は、単結晶又は多結晶であり得る。炭化ケイ素は、多くの異なる種類の結晶構造を有し、それぞれが独自の異なる一連の電子特性を有する。しかしながら、これらの結晶多形は、半導体としての使用に許容される形態では少数しか再現することができない。このような結晶多形は、立方体（例えば、３Ｃ炭化ケイ素）もしくは非立方体（例えば、４Ｈ炭化ケイ素、６Ｈ炭化ケイ素）、又は結晶多形の混合物（すなわち、多結晶）のいずれかであり得る。

【0007】

結晶多形間の違いに加えて、単結晶形態と多結晶炭化ケイ素との間に有意な違いがある。例えば、半導体の製造において単結晶炭化ケイ素基板を用いると、単結晶炭化ケイ素基板の製造コストが高くなる。また、基板に対して熱処理等を行うと、結晶のすべり転位が発生し、基板の変形を引き起こす場合がある。

【0008】

単結晶ＳｉＣ基板を用いる場合と比較して、ポリＳｉＣ基板を比較的安価に製造することができる。ＳｉＣパワー半導体デバイスを構成するためには、単結晶ＳｉＣ基板上にエピタキシによりドリフト層を形成し、ドリフト層上にゲートや電極等を形成する必要がある。高価な単結晶基板のみを使用するプロセスコストは、単結晶ＳｉＣ含有デバイスの普及を制限する大きな問題の１つである。ポリＳｉＣの使用は、ｉ）単結晶ＳｉＣ基板の表面層のわずか数ミクロンがＳｉＣパワー半導体のバルクエピ接合層として使用され、ｉｉ）ポリＳｉＣが、積層基板の支持基板として使用される（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｈｕｓｈｏ．ｍｅｔｉ．ｇｏ．ｊｐ／ｋｅｉｅｉ／ｓａｐｏｉｎ／ｐｏｒｔａｌ／ｓｅｉｋａ／２０１５／２７２０４０３０３０ｈ．ｐｄｆを参照されたい）ので、プロセスコストを削減する。

【0009】

また、ポリＳｉＣ基板は、多数の結晶粒界を含んでいるため、転位のすべりが遮断され、熱処理を行った後も基板の変形が抑制される。少なくともこれらの理由から、ポリＳｉＣは半導体の製造においてより普及しつつある。

【0010】

しかしながら、平滑な表面を得るために化学的機械的研磨（ＣＭＰ）がポリＳｉＣ含有基板の表面に適用される場合、低い除去速度及び表面の平滑性の低下が結果として生じることが多い。これは、ポリＳｉＣ基板では、極性面と結晶配向面が異なるが、基板表面に混在して露出しており、それぞれの面や平面によって研磨除去速度が異なるためである。簡単に言えば、ポリＳｉＣは異なる結晶面ドメイン又は結晶多形からなるため、ＣＭＰプロセス中にそれぞれ異なる除去速度が観察され、高い除去速度と滑らかな表面の両方を達成することが困難になる。

【0011】

ポリＳｉＣ含有基板を研磨することを取り巻く課題に照らして、高いポリＳｉＣ除去速度を可能にすると同時に低い平均粗さを可能にする研磨用組成物を特定することが重要である。これら及び他の課題は、本明細書に開示される主題によって対処される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Ｚｈｏｕら、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃ．、１４４巻、Ｌ１６１－Ｌ１６３頁（１９９７）

【非特許文献2】Ｎｅｓｌｅｎら、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、３０巻、１２７１－１２７５頁（２００１）

【非特許文献3】ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｈｕｓｈｏ．ｍｅｔｉ．ｇｏ．ｊｐ／ｋｅｉｅｉ／ｓａｐｏｉｎ／ｐｏｒｔａｌ／ｓｅｉｋａ／２０１５／２７２０４０３０３０ｈ．ｐｄｆ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明によって解決される現在開示されている主題又は課題の目的に従って、本明細書で具体化され、広く記載されるように、本発明の目的は、ＣＭＰを使用するときに基板を望ましい表面形態（すなわち、表面粗さ）にする、多結晶炭化ケイ素（ポリＳｉＣ）を含有する基板などの基板を研磨するための組成物を提供することである。本発明の別の目的は、本明細書に開示される研磨用組成物を使用して、そのようなポリＳｉＣ含有基板を研磨するための効率的な方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

したがって、一態様における本開示の主題は、酸化剤及び砥粒を含む研磨用組成物であって、ｐＨが８以上である、研磨用組成物に関する。いくつかの実施形態では、酸化剤は複合金属酸化物（例えば、過マンガン酸カリウム）であり、砥粒はアルミナである。いくつかの実施形態において、研磨用組成物中に存在する酸化剤の量は、約１．５％～約３．５％（重量基準）の範囲であり、砥粒の量は、約１．５％～約３．５％（重量基準）の範囲である。

【0015】

別の態様では、本明細書に記載の主題は、基板を研磨する方法であって、１）本明細書に記載の研磨用組成物を提供する工程、２）多結晶炭化ケイ素層を含む基板を提供する工程；及び３）前記研磨用組成物を用いて前記基板を研磨して、研磨済基板を得る工程、を含む方法に関する。いくつかの実施形態において、研磨方法は、高い除去速度（ＲＲ）を有する。いくつかの実施形態では、研磨方法は、低い粗さ指数（Ｒａ）を有する基板をもたらす。

【0016】

これら及び他の態様は、以下でさらに詳細に開示される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ｐＨの関数としての表面形態Ｒａ／Ｒｚを示すグラフである。当該グラフは、試験ウェハ１に関するものである。

【図2】過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）の濃度の関数としての除去速度と表面形態Ｒａとを示すグラフである。当該グラフは、試験ウェハ１に関するものである。

【図3】アルミナ粉末の濃度の関数として、除去速度と表面形態Ｒａとを示すグラフである。当該グラフは、試験ウェハ１に関するものである。

【図4】ｐＨの関数としての表面形態Ｒａ／Ｒｚを示すグラフである。当該グラフは、試験ウェハ２に関するものである。

【図5】過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）の濃度の関数としての除去速度と表面形態Ｒａとを示すグラフである。当該グラフは、試験ウェハ２に関するものである。

【図6】アルミナ粉末の濃度の関数として、除去速度と表面形態Ｒａとを示すグラフである。当該グラフは、試験ウェハ２に関するものである。

【図7】研磨用組成物のｐＨに対する酸化還元電位ＯＲＰの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、以下の発明の詳細な説明及びそれに含まれる実施例を参照することによって、より容易に理解することができる。

【0019】

本化合物、組成物、物品、システム、装置、及び／又は方法が開示及び記載される前に、それらは、別段の指定がない限り特定の合成方法に限定されず、又は別段の指定がない限り特定の成分に限定されず、したがって、当然ながら変化し得ることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の態様のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではないことも理解されたい。本明細書に記載の方法及び材料と類似又は同等の任意の方法及び材料を本発明の実施又は試験に使用することができるが、ここで例示的な方法及び材料を説明する。

【0020】

本明細書に記載されるように、実施形態では、酸化剤及び砥粒を含む研磨用組成物であり、組成物のｐＨは８以上である。これらの研磨用組成物は、ポリＳｉＣ含有基板を研磨するためのものである。研磨用組成物は、１）高い除去速度、２）低いＲａを有する滑らかな表面、３）高効率及び平坦化能力、４）微細なラッピング及び／又は研削プロセスを使用する必要がないＣＭＰプロセス、５）より低い製造コスト、などの少なくとも１つの利点を示す。

【0021】

本明細書に記載の研磨用組成物は、ポリＳｉＣ含有半導体ウェハの化学的機械的研磨などの用途を有するが、これらに限定されない。

【0022】

Ａ．定義
以下に、本発明を説明するために使用される様々な用語の定義を列挙する。これらの定義は、個々に又はより大きな群の一部として、特定の場合に特に限定されない限り、本明細書全体を通して使用される用語に適用される。

【0023】

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「砥粒」又は「ｐＨ調整剤」への言及は、２つ以上のそのような砥粒又はｐＨ調整剤の混合物を含む。

【0024】

本明細書では、範囲を、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」もう１つの特定の値までとして表すことができる。そのような範囲が表現される場合、別の態様は、１つの特定の値及び／又は他の特定の値を含む。同様に、先行詞「約」を使用して値が近似値として表される場合、特定の値が別の態様を形成することが理解されよう。各範囲の終点は、他方の終点に関しても、他方の終点とは無関係にも有意であることがさらに理解されよう。また、本明細書に開示されているいくつかの値があり、各値はまた、値自体に加えてその特定の値「約」として本明細書に開示されていることも理解されたい。例えば、値「１０」が開示されている場合、「約１０」も開示されている。また、例えば、値「約１０」が開示されている場合、「１０」も開示されている。また、２つの特定のユニット間の各ユニットも開示されていることが理解される。例えば、１０及び１５が開示されている場合、１１、１２、１３、及び１４も開示されている。本明細書で使用される場合、約Ｘ（Ｘは数値）との記載があった場合、約Ｘは、Ｘ±１０％である。

【0025】

成分の重量パーセント（重量％）は、特に断らない限り、成分が含まれるビヒクル又は組成物の総重量に基づく。

【0026】

本明細書で使用される場合、「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」及び「任意選択的に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」という用語は、続いて記載される事象又は状況が発生し得ること又は発生し得ないこと、ならびにその説明が、前記事象又は状況が発生する場合及び発生しない場合を含むことを意味する。

【0027】

本明細書で使用される場合、「除去速度」（ＲＲ）という用語は、時間当たりに除去される材料の量、例えば１時間当たりのμｍ（μｍ／時）を指す。１時間当たりに除去される材料が多いほど、材料除去速度は高くなる。より詳細には、ＣＭＰ前後の重量損失と結晶密度を用いることでＲＲを算出することができる。

【0028】

本明細書で使用される場合、「粗さ指数」（Ｒａ）という用語は、表面の粗さの程度、すなわち、滑らかではないが不規則で不均一な表面のテクスチャを特徴付ける計算値である。値が小さいほど、表面が滑らかになる。

【0029】

本明細書で使用される場合、「特定の平均粗さ深さ」（Ｒｚ）という用語は、表面に存在するすべての高さ及び深さから計算された平均値であり、それによって表面のテクスチャをさらに特徴付ける。

【0030】

ＲａおよびＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１またはＩＳＯ １３５６５－１：１９９６に従って算出することができる。なお、ＲａおよびＲｚの元となる粗さ曲線は、後述の実施例で使用した装置（原子間力顕微鏡（ＡＦＭ））によって測定できる。

【0031】

Ｂ．研磨用組成物
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の基本的な機構は、化学反応によって表面層を軟化させ、次いで砥粒粒子による機械的力によって軟化した層を除去することである。しかしながら、ＣＭＰの役割は、材料除去だけでなく、平坦化、表面平滑化、均一性制御、欠陥低減などである。したがって、半導体歩留まり向上は、ＣＭＰ処理によって影響を受ける。ＣＭＰによって生じ得る表面引っ掻き傷は、半導体製造において極めて有害な欠陥である。したがって、表面に傷を付けることなく適切なＣＭＰ性能を達成するために、研磨用組成物の開発が極めて重要である。ＣＭＰの要件には、１３ｎｍ未満の平坦化表面、１．２ｎｍ未満の表面粗さを有する粗さのない表面、ウェハあたり０カウントの引っ掻き傷及びピットカウントを有する欠陥のない表面が含まれうる。いくつかの実施形態では、汚染がなく、高い生産性を有し、所望の除去される材料の高い除去速度で平坦化される。ここで、平坦化表面は、Ｒｚの指標で評価でき、粗さのない表面はＲａの指標で評価できる。

【0032】

ＣＭＰは、ポリＳｉＣ含有表面を研磨するための研磨プロセスの一部として使用されることが多い。高レベルの硬度及び顕著な化学的不活性のために、ポリＳｉＣ含有表面の研磨は困難であり得る。典型的には、ポリＳｉＣウェハを調製するために、合理的な研磨速度を達成するためにポリＳｉＣ自体よりもさらに硬い粒子を必要とする複数の研磨工程を実行しなければならない。しかしながら、そのような硬質粒子を使用することは、一般にウェハの表面及び表面下の両方で発生する引っ掻き傷及び転位などの表面への高度な損傷をもたらすことが多い。したがって、損傷を減少させ、ポリＳｉＣ含有材料の研磨速度を増加させることができるＣＭＰスラリー及び／又はポリＳｉＣを研磨する方法が非常に望ましい。

【0033】

したがって、これに関して、本開示は、酸化剤として複合金属酸化物を含み、砥粒としてアルミナを含むｐＨ８以上の研磨用組成物に関する。これらの研磨用組成物は、高い研磨速度及び望ましい表面形態を提供することを見出し、従来の研磨方法で典型的に観察されるものと比較して損傷の減少を示している。これらの研磨用組成物及びその使用方法は、以下により詳細に開示される。

【0034】

１．酸化剤
本明細書に開示される研磨用組成物は、酸化剤を含有する。酸化剤は、研磨対象物の表面と酸化反応を起こし、様々な表面の研磨処理を助けることができる。

【0035】

いくつかの実施形態では、研磨用組成物中に存在する酸化剤としては、例えば、過マンガン酸及び、過マンガン酸ナトリウム及び過マンガン酸カリウムを含むその塩などの過マンガン酸類；過酸化水素などの過酸化物；硝酸及び、硝酸鉄、硝酸銀、硝酸アルミニウムを含むその塩などの硝酸塩化合物、及び、硝酸セリウムアンモニウムを含むその錯体；ペルオキソ一硫酸、ペルオキソ二硫酸等を含む過硫酸などの過硫酸化合物、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどを含むこれらの塩；塩素酸及びその塩、過塩素酸及び過塩素酸カリウムを含むその塩などの塩素含有化合物；臭素酸及び、臭素酸カリウムを含むその塩などの臭素含有化合物；ヨウ素酸、ヨウ素酸アンモニウムを含むその塩、過ヨウ素酸及び、過ヨウ素酸ナトリウム、過ヨウ素酸カリウムを含むその塩などのヨウ素含有化合物；第二鉄酸及び、第二鉄酸カリウムを含むその塩などの第二鉄酸類；クロム酸及び、クロム酸カリウム及び重クロム酸カリウムを含むその塩などのクロム酸類；バナジン酸及び、バナジン酸アンモニウム、バナジン酸ナトリウム、バナジン酸カリウムを含むその塩などのバナジン酸類；ルテン酸類、例えば過ルテン酸及びその塩；モリブデン酸、ならびにモリブデン酸アンモニウム及びモリブデン酸二ナトリウムを含むその塩などのモリブデン酸類；レニウム酸類、例えば、過レニウム酸及びその塩；及び、タングステン酸及び、タングステン酸二ナトリウムを含むその塩などのタングステン酸類、が挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。

【0036】

いくつかの実施形態において、研磨用組成物中に存在する酸化剤は、複合金属酸化物を含む。複合金属酸化物の例には、硝酸塩、鉄酸、過マンガン酸、クロム酸、バナジン酸、ルテニウム酸、モリブデン酸、レニウム酸、及びタングステン酸が含まれるが、これらに限定されない。これらの中でも、鉄酸、過マンガン酸、クロム酸がより好ましく、過マンガン酸がさらに好ましい。

【0037】

いくつかの実施形態では、複合金属酸化物は、遷移金属元素以外の１価又は２価の金属元素を含み、周期表の第４周期の遷移金属元素が複合金属酸化物として使用される。１価又は２価の金属元素としては、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａなどが好ましい。これらの中でも、Ｎａ、Ｋがより好ましい。周期表における第４周期の遷移金属元素の好ましい例としては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ等が挙げられる。これらの中でも、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒがより好ましく、Ｍｎがさらに好ましい。複合金属酸化物は、表面の硬度を効果的に低下させ、ポリＳｉＣのような高硬度の材料の表面に脆化を生じさせることがある。

【0038】

いくつかの実施形態において、酸化剤の量は、ＲＲ、Ｒａ及びＲｚなどの研磨用組成物の特性に影響を及ぼす。研磨用組成物中の酸化剤の量は、約０．０１ｗｔ％～約５．０ｗｔ％、約０．０５ｗｔ％～約４．５ｗｔ％、約０．１ｗｔ％～約４．０ｗｔ％、約０．５ｗｔ％～約３．５ｗｔ％、約１．０ｗｔ％～約３．５ｗｔ％、約１．５ｗｔ％～約３．５ｗｔ％、約１．５ｗｔ％～約３．０ｗｔ％、又は約２．０ｗｔ％～約３．０ｗｔ％の範囲である。代替的又は追加的に、研磨用組成物中に存在する酸化剤の量は、約５．０ｗｔ％未満、約４．５ｗｔ％未満、約４．０ｗｔ％未満、約３．５ｗｔ％未満、約３．０ｗｔ％未満、約２．５ｗｔ％未満、約２．０ｗｔ％未満、約１．５ｗｔ％未満、又は約１ｗｔ％未満である。いくつかの実施形態において、酸化剤の量は、約１．５ｗｔ％、約２．０ｗｔ％、約２．５ｗｔ％、約２．９５ｗｔ％、約３．０ｗｔ％、又は約３．５ｗｔ％である。酸化剤の割合は、組成物全体に対して測定される。いくつかの実施形態において、酸化剤の量は、研磨用組成物中、１．５重量％～３．５重量％の範囲であり得る。いくつかの実施形態において、過マンガン酸塩の量は、研磨用組成物中、１．５重量％～３．５重量％の範囲であり得る。

【0039】

一実施形態において、研磨用組成物は、研磨対象物の酸化還元電位ＯＲＰｙよりも１００ｍＶ以上高い酸化還元電位ＯＲＰｘを有する。いくつかの実施形態において、研磨用組成物は、約１５０ｍＶ、２００ｍＶ、２５０ｍＶ、３００ｍＶ、３５０ｍＶ、４００ｍＶ、４５０ｍＶ、５００ｍＶ、５５０ｍＶ又は約６００ｍＶ高い酸化還元電位ＯＲＰｘを有する。いくつかの実施形態において、研磨用組成物は、研磨対象物の酸化還元電位ＯＲＰｙよりも、約１５０ｍＶ以上、２００ｍＶ以上、２５０ｍＶ以上、３００ｍＶ以上、３５０ｍＶ以上、４００ｍＶ以上、４５０ｍＶ以上、５００ｍＶ以上、５５０ｍＶ以上又は約６００ｍＶ以上高い酸化還元電位ＯＲＰｘを有する。一実施形態において、研磨用組成物は、約１００ｍＶ～約１５００ｍＶ、約２００ｍＶ～約１４００ｍＶ、約３００ｍＶ～約１３００ｍＶ、約４００ｍＶ～約１２００ｍＶ、約４００ｍＶ～約１１００ｍＶ、約４００ｍＶ～約１０００ｍＶ、約４００ｍＶ～約９００ｍＶ、約４００ｍＶ～約８００ｍＶ、約４５０ｍＶ～約８００ｍＶ、約５００ｍＶ～約１２００ｍＶ、約６００ｍＶ～約１２００ｍＶ、約７００ｍＶ～約１２００ｍＶ、約８００ｍＶ～約１１００ｍＶ、又は約８００ｍＶ～約１，０００ｍＶの範囲の酸化還元電位ＯＲＰｘを有する。すなわち、ＯＲＰｘ（ｍＶ）とＯＲＰｙ（ｍＶ）との関係は、以下の式（１）を満たす：ＯＲＰｘ－ＯＲＰｙ≧１００ｍＶ（１）。一実施形態において、研磨用組成物の酸化還元電位ＯＲＰｘは、約８００ｍＶ以下、約７５０ｍＶ以下、約６５０ｍＶ以下、約６００ｍＶ以下、あるいは、約５５０ｍＶ以下でありうる。一実施形態において、研磨対象物の酸化還元電位ＯＲＰｙは、ｐＨ８．０において約４６０ｍＶ、ｐＨ９．０において約４００ｍＶ、ｐＨ１０．０において約３３０ｍＶ、ｐＨ１１．０において約３００ｍＶ、ｐＨ１２．０において約２２０ｍＶ、ｐＨ１３．０において約１９０ｍＶ、ｐＨ１４．０において約１５０ｍＶでありうる。

【0040】

ここで言う研磨用組成物及び研磨対象物の酸化還元電位は、液温２５°Ｃで求められる標準水素電極に対する酸化還元電位の値を示す。酸化還元電位は、測定装置の本体としてＨｏｒｉｂａ Ｌａｑｕａ Ａｃｔ ＰＣ１１０を使用し、電極として Ｈｏｒｉｂａ Ｌａｑｕａ ９３００－１０Ｄを使用することによって測定可能である。

【0041】

２．砥粒
本明細書に記載の研磨用組成物は、砥粒を含有する。砥粒は、典型的には、好ましくはシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニウム、セリア及びそれらの混合物からなる群から選択される金属酸化物砥粒である。いくつかの実施形態では、砥粒はアルミナである。さらなる実施形態では、砥粒はアルファアルミナを含有する。

【0042】

本明細書に開示される砥粒は、適切な等電点を示す。例えば、適切な等電点は、約３～約８．５、約３．５～約８．０、約４～約７．５、約４．５～約７．０、約５～約７、又は約５．５～約６．５の範囲の等電点である。いくつかの実施形態では、砥粒は、約９．０未満、約８．５未満、約８．０未満、約７．５未満、約７．０未満、約６．５未満、約６未満、又は約５未満の等電点を示す。いくつかの実施形態では、等電点は、約３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、７．５、又は８．０である。なお、後述の実施例における砥粒の等電点は約５～７であった。いくつかの実施形態では、等電点はゼータ電位を測定することを有して算出されうる。ゼータ電位［ｍＶ］は、例えば、ゼータ電位を測定する対象物を、大塚電子株式会社製ＥＬＳ－Ｚ２に供し、測定温度２５℃でフローセルを用いてレーザードップラー法（電気泳動光散乱測定法）で測定し、得られるデータをＳｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉの式で解析することにより、算出してもよい。

【0043】

砥粒は、任意の適切な粒子径を有することができる。砥粒は、約１０ｎｍ以上、約２５ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、又は約５００ｎｍ以上の平均二次粒子径を有することができる。いくつかの実施形態では、砥粒は、約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約２５０ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約３５０ｎｍ以上、または、約３８０ｎｍ以上の平均二次粒子径を有することができる。代替的又は追加的に、砥粒は、約１，０００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、又は約２５ｎｍ以下の平均二次粒子径を有することができる。いくつかの実施形態では、砥粒は、約９００ｎｍ以下、約８００ｎｍ以下、約７００ｎｍ以下、約６５０ｎｍ以下、あるいは、約６００ｎｍ以下の平均二次粒子径を有することができる。例えば、一部の実施形態では、砥粒は、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約２０ｎｍ～約１００ｎｍ、又は約３０ｎｍ～約５０ｎｍの範囲の平均二次粒子径を有することができる。例えば、一部の実施形態では、砥粒は、約１００ｎｍ～約５００ｎｍ、約２００ｎｍ～約５００ｎｍ、又は約３００ｎｍ～約５００ｎｍの範囲の平均二次粒子径を有することができる。いくつかの実施形態において、平均二次粒子径は、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ又は約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、平均二次粒子径は、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、あるいは、約５００ｎｍである。砥粒の平均粒子径は、粒子径分析器（ＨＯＲＩＢＡ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏｏｌ）により測定することができる。ここで、平均粒子径は、平均二次粒子径を意味する。

【0044】

さらに、砥粒は、ＢＥＴ技術を使用して得ることができる比表面積に関してさらに特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、砥粒は、約１０ｍ^２／ｇ～約２５０ｍ^２／ｇ、約２５ｍ^２／ｇ～約２００ｍ^２／ｇ、約５０ｍ^２／ｇ～約１７５ｍ^２／ｇ、約７５ｍ^２／ｇ～約１５０ｍ^２／ｇ、又は約１００ｍ^２／ｇ～約１５０ｍ^２／ｇの範囲の比表面積を含む。いくつかの実施形態では、砥粒は、少なくとも約２５ｍ^２／ｇ、少なくとも約５０ｍ^２／ｇ、少なくとも約７５ｍ^２／ｇ、少なくとも約１００ｍ^２／ｇ、少なくとも約１２５ｍ^２／ｇ、少なくとも約１５０ｍ^２／ｇ、少なくとも約１７５ｍ^２／ｇ、少なくとも約２００ｍ^２／ｇ、又は少なくとも約２２５ｍ^２／ｇの比表面積を含む。

【0045】

さらに、砥粒は、約０．５～約５ｇ／ｃｍ^３の範囲の平均密度を有することが分かる。いくつかの実施形態では、砥粒は、少なくとも約１ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約１．５ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約２ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約２．５ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約３．０ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約３．５ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約４ｇ／ｃｍ^３、又は少なくとも約５ｇ／ｃｍ^３の平均密度を有する。

【0046】

さらに、砥粒は、約１ミクロン以下の平均結晶子サイズを有する結晶を含むことができる。本明細書における結晶子サイズへの言及は、粒子径、又は砥粒粒子材料のグリット内の最小の単結晶構造の平均サイズへの言及と同じであり得る。他の例では、平均結晶子サイズは、約８００ナノメートル以下、約５００ナノメートル以下、約３００ナノメートル以下、又は約２００ナノメートル以下など、より小さくすることができる。いくつかの実施形態では、平均結晶子サイズは、約１７５ナノメートル以下、約１６０ナノメートル以下、又は約１５０ナノメートル以下であってもよい。いくつかの実施形態では、砥粒は、少なくとも約０．１ナノメートル、少なくとも約１ナノメートル、少なくとも約５ナノメートル、少なくとも約１０ナノメートル、少なくとも約２０ナノメートル、少なくとも約３０ナノメートル、少なくとも約４０ナノメートル、少なくとも約５０ナノメートル、又はさらに少なくとも約８０ナノメートルの平均結晶子サイズを有するアルミナ結晶の形態である。砥粒は、上記の最小値と最大値のいずれかの間の範囲内の平均結晶子サイズを有するアルミナ結晶で作ることができることが理解されよう。

【0047】

特定の他の例では、砥粒は、例えば、約１．５ミリメートル以下、約１ミリメートル以下、約５００ミクロン以下、約３００ミクロン以下、約１００ミクロン以下、約５０ミクロン以下、約１０ミクロン以下、約１ミクロン以下、約０．８ミクロン以下、又はさらに約０．６ミクロン以下の平均粒子径を含む、より微細なグリットサイズを有することができる。いくつかの実施形態では、砥粒のより微細なグリットサイズは、約０．５ミクロン～約２ミリメートル、約１ミクロン～約１ミリメートル、又は約１ミクロン～約５００ミクロンの範囲である。

【0048】

いくつかの実施形態において、研磨用組成物中の砥粒の量は、約０．０１ｗｔ％以上、約０．０５ｗｔ％以上、約０．１ｗｔ％以上、約０．２ｗｔ％以上、約０．２５ｗｔ％以上、約０．５ｗｔ％以上、約０．７５ｗ％以上、約１ｗｔ％以上、約２ｗｔ％以上、又は約３ｗｔ％以上である。代替的又は追加的に、研磨用組成物中の砥粒の量は、約３ｗｔ％以下、約２．５ｗｔ％以下、約２ｗｔ％以下、約１ｗｔ％以下、約０．７５ｗｔ％以下、約０．５ｗｔ％以下、又は約０．１ｗｔ％以下であり得る。いくつかの実施形態において、研磨用組成物中の砥粒の量は、約０．０１ｗｔ％～約５ｗｔ％、約０．０１ｗｔ％～約４．５ｗｔ％、約０．１ｗｔ％～約４．０ｗｔ％、約１．０ｗｔ％～約３．５ｗｔ％、約１．５ｗｔ％～約３．０ｗｔ％、又は約２．０ｗｔ％～約３．０ｗｔ％の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、砥粒の量は、約０．１重量％、約０．２５重量％、約０．５重量％、約０．７５重量％、約１重量％、約１．５重量％、約２重量％、約２．５重量％、約３重量％、約３．５重量％、約４重量％、約４．５重量％、又は約５重量％である。いくつかの実施形態において、砥粒の量は、研磨用組成物中、１．５重量％～３．５重量％の範囲であり得る。いくつかの実施形態において、アルミナの量は、研磨用組成物中、１．５重量％～３．５重量％の範囲であり得る。

【0049】

いくつかの実施形態では、アルミナ砥粒はアルファ変換率を有する。本明細書で使用される場合、「アルファ変換」という用語は、アルファアルミニウム前駆体のアルファアルミナへの変換を指す。いくつかの実施形態では、アルファアルミナ変換率は変化し得る。いくつかの実施形態では、アルミナ砥粒は、約５０％～約１００％、約５５％～約９５％、約６０％～約９０％、約６５％～約８５％、又は約７０％～約８０％の範囲のアルファアルミナ変換率を有する。いくつかの実施形態では、砥粒のアルファ変換率は、約１００％未満、約９０％未満、又は約８０％未満である。いくつかの実施形態では、砥粒のアルファ変換率は、少なくとも約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、又は少なくとも約７０％である。

【0050】

本明細書において、アルファ変換率はα化率とも称する。該α化率は、Ｘ線回折スペクトルにおけるα－アルミナ特有の回折線ピーク（２θ＝５７．５°）の積分強度から求めた値を採用しうる。より具体的には、アルミナのα化率および結晶子サイズは、下記の測定条件でＸ線回折測定を行い求めうる；
装置：株式会社リガク製、粉末Ｘ線回折装置ＵｌｔｉｍａＩＶ
Ｘ線発生電圧：４０ｋＶ
放射線：Ｃｕ－Ｋα１線
電流：１０ｍＡ
スキャン速度：１０°／分
測定ステップ：０．０１°。

【0051】

α化率は、α－アルミナ特有の回折線ピーク（２θ＝５７．５°）の積分強度を基に算出しうる。また、結晶子サイズは、粉末Ｘ線回折パターン総合解析ソフトＪＡＤＥ（ＭＤＩ社製、シェラーの式による自動計算）を用いて算出しうる。

【0052】

３．ｐＨ調整剤
研磨用組成物は、ｐＨを制御するための少なくとも１つのｐＨ調整剤を含有してもよい。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整剤は塩基性化合物（塩基性ｐＨ調整剤）である。塩基性化合物は、溶解した研磨用組成物のｐＨを上昇させる機能を有する種々の塩基性化合物から適宜選択することができる。例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、各種炭酸塩、重炭酸塩等の無機塩基性化合物を用いてもよい。これらの塩基性化合物は、単独でも又は２種以上組み合わせても用いることができる。

【0053】

アルカリ金属水酸化物の具体例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム等が挙げられる。炭酸塩及び炭酸水素塩の具体例としては、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。

【0054】

代替の実施形態では、ｐＨ調整剤は、酸性剤と塩基性剤（緩衝剤など）との混合物であり得る。かかる実施形態において、酸の強度が本発明の研磨用組成物のｐＨを調整するのに十分であれば、酸の選択は特に限定されない。いくつかの実施形態では、酸性剤は無機酸又は有機酸であり得る。例えば、限定されないが、そのような無機酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸及びリン酸が挙げられる。

【0055】

例えば、限定されないが、そのような有機酸としては、ギ酸、酢酸、クロロ酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、吉草酸、２－メチル酪酸、Ｎ－ヘキサン酸、３，３－ジメチルブタン酸、２－エチルブタン酸、４－メチルペンタン酸、ｎ－ヘプタン酸、２－メチルヘキサン酸、ｎ－オクタン酸、２－エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸塩、クエン酸、乳酸、ジグリコール酸、２－フランカルボン酸、３－フランカルボン酸、２－テトラヒドロフランカルボン酸、メトキシ酢酸、メトキシフェニル酢酸、フェノキシ酢酸が挙げられる。そのような有機酸には、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、及びイセチオン酸などの有機スルホン酸も含まれるが、これらに限定されない。

【0056】

代替の実施形態では、ｐＨ調整剤は、リン酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩などを含む緩衝液であってもよい。

【0057】

ｐＨ調整剤の量は様々であり得、典型的には、研磨用組成物の所望のｐＨを達成及び／又は維持するのに十分な量であり、例えば、本明細書に記載の範囲内である。

【0058】

一実施形態において、研磨用組成物のｐＨは、約８．０～約１３．０、約８．５～約１３．０、約９．０～約１３．０、約９．５～約１３．０、約１０～約１３．０、約１０．５～約１３、約１１．０～約１３．０、約１１．５～約１３．０、約１２．０～約１３．０、又は約１２．５～約１３．０の範囲に調整される。一実施形態において、研磨用組成物のｐＨは、９～１０の範囲に調整されうる。

【0059】

一実施形態において、研磨用組成物のｐＨは、約８．０超、約８．５超、約９．０超、約９．５超、約１０．０超、約１０．５超、約１１．０超、約１１．５超、約１２超、又は約１２．５超に調整される。言い換えれば、研磨ビヒクル又は研磨用組成物のｐＨは、約８以上、約９以上、約１０以上、約１１以上、約１２以上、又は約１３以上であり得る。

【0060】

いくつかの実施形態において、研磨用組成物のｐＨは、約１３以下、約１２以下、約１１以下、約１０以下、又は約９以下に調整され、ここで、ｐＨは、約８以上である。いくつかの実施形態において、研磨用組成物のｐＨは、８より大きいｐＨを有する。

【0061】

いくつかの実施形態において、研磨用組成物のｐＨは、約８、約８．５、約９、約９．５、約１０、約１０．５、約１１、約１１．５、約１２、約１２．５又は約１３である。

【0062】

ｐＨ調整剤は、ｐＨにかかわらず、特定の濃度範囲で存在してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ｐＨ調整剤の量は、約０．０００１重量％～約１重量％、約０．００５重量％～約０．５重量％、又は約０．００１重量％～約０．１重量％の範囲である。代替の実施形態では、ｐＨ調整剤の量は、約０．０００１重量％～約０．００１０重量％、約０．０００３重量％～約０．０００９重量％、又は約０．０００５重量％～約０．０００８重量％の範囲である。代替の実施形態では、ｐＨ調整剤の量は、約０．０００９重量％～約０．００４０重量％又は約０．００１０重量％～約０．００３０重量％の範囲である。さらに代替の実施形態では、ｐＨ調整剤は、約０．００１重量％～約０．０１重量％の範囲である。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整剤の量は、少なくとも約０．０００１重量％、少なくとも約０．０００５重量％、少なくとも約０．００１重量％、少なくとも約０．００５重量％、少なくとも約０．０１重量％、少なくとも約０．０２５重量％、少なくとも約０．０５重量％、少なくとも約０．０７５重量％、又は少なくとも約０．１重量％の量で存在する。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整剤は、約０．０１重量％未満、約０．００５重量％未満、約０．００１重量％未満、又は約０．０００５重量％未満の量で存在する。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整剤は、約０．０００１重量％、約０．０００２５重量％、約０．０００５重量％、約０．０００６重量％、約０．０００７重量％、約０．０００８重量％、約０．０００９重量％、約０．００１重量％、約０．００５重量％、約０．００７５重量％、約０．０１重量％、約０．０２５重量％、又は約０．０５重量％である量で存在する。

【0063】

しかしながら、イオンの量は選択比に悪影響を及ぼすため、研磨用組成物は過度に多くのｐＨ調整剤を使用することはできない。これにより、ｐＨ調整剤の種類も制限される。

【0064】

４．水
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される研磨用組成物は、担体、媒体又はビヒクルを含有する。一実施形態では、担体、媒体、又はビヒクルは水である。水としては、イオン交換水（脱イオン水）、純水、超純水、蒸留水などを用いることができる。水中に存在する不要成分の量を低減するために、イオン交換樹脂による不純物イオンの除去、フィルタによる汚染物質の除去、及び／又は蒸留などの操作によって水の純度を高めることができる。

【0065】

いくつかの実施形態では、水は不純物を比較的含まない。いくつかの実施形態では、水は、水の総重量に基づいて、約１０％ｗ／ｗ未満、約９％ｗ／ｗ未満、約８％ｗ／ｗ未満、約７％ｗ／ｗ未満、約６％ｗ／ｗ未満、約５％ｗ／ｗ未満、約４％ｗ／ｗ未満、約３％ｗ／ｗ未満、約２％ｗ／ｗ未満、約１％ｗ／ｗ未満、約０．９％ｗ／ｗ未満、約０．８％ｗ／ｗ未満、約０．７％ｗ／ｗ未満、約０．６％ｗ／ｗ未満、約０．５％ｗ／ｗ未満、約０．４％ｗ／ｗ未満、約０．３％ｗ／ｗ未満又は約０．１％ｗ／ｗ未満の不純物を含有する。

【0066】

研磨用組成物中の水の量は変化し得る。いくつかの実施形態では、水は、少なくとも約５０重量％、少なくとも約６０重量％、少なくとも約７０重量％、少なくとも約８０重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９２重量％、少なくとも約９４重量％、少なくとも約９６重量％、又は少なくとも約９８重量％の量で存在する。

【0067】

上述の担体、媒体、又はビヒクルのいずれかを含む研磨用組成物は、スラリー又は分散液の形態である。

【0068】

一実施形態において、研磨用組成物の温度は、５～３０℃、６～２０℃、あるいは７～１３℃に調整されていてもよい。

【0069】

５．追加の成分
一実施形態において、本明細書に開示される研磨用組成物は、腐食防止剤、炭水化物、キレート剤、殺生物剤、界面活性剤又は共溶媒などのさらなる成分を含有してもよい。追加的又は代替的に、本明細書に開示される組成物は、当業者によって理解されるように、他の添加剤を含むことができる。

【0070】

別の実施形態では、追加の成分は、腐食防止剤を含んでもよい。腐食防止剤の非限定的な例としては、２－メチル－３－ブチン－２－オール、３－メチル－２ピラゾリン－５－オン、８－ヒドロキシキノリン及びジシアンジアミド、ベンゾトリアゾール及びその誘導体、ピラゾール及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体、ベンズイミダゾール及びその誘導体、イソシアヌレート及びその誘導体、ならびにそれらの混合物が挙げられ得る。研磨用組成物中の腐食防止剤の量は、約０．０００５ｗｔ％～０．２５ｗｔ％、好ましくは０．００２５ｗｔ％～０．１５ｗｔ％、より好ましくは０．０５ｗｔ％～０．１ｗｔ％の範囲であり得る。

【0071】

別の実施形態において、研磨用組成物は、腐食防止剤を含まない。本明細書で使用される「腐食防止剤を含まない」という用語は、研磨用組成物が、腐食防止剤として使用されることが当技術分野で知られている化合物を含まないことを意味する。

【0072】

一実施形態では、追加の成分は炭水化物を含み得る。炭水化物としては、糖質が挙げられ、いくつかの態様において、糖質はプルランとして公知の多糖である。多糖プルランは、３つのα－１，４結合グルコース分子がα－１，６結合によってさらに結合しているマルトトリオース単位から構成される。

【0073】

代替的な実施形態において、研磨用組成物は炭水化物を含まない。本明細書で使用される「炭水化物を含まない」という用語は、研磨用組成物が炭水化物として当技術分野で公知の化合物を含有しないことを意味する。

【0074】

別の実施形態では、追加の成分はキレート剤を含んでもよい。キレート剤という用語は、水溶液の存在下で銅などの金属をキレート化する任意の物質を意味することを意図している。キレート剤の非限定的な例としては、無機酸、有機酸、アミン及びアミノ酸、例えばグリシン、アラニン、クエン酸、酢酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、フタル酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン、ＣＤＴＡ及びＥＤＴＡが挙げられる。

【0075】

別の実施形態では、研磨用組成物はキレート剤を含まない。本明細書で使用される「キレート剤を含まない」という用語は、研磨用組成物がキレート剤として当技術分野で公知の化合物を含まないことを意味する。キレート剤の非限定的な例としては、グリシン、アラニン、クエン酸、酢酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、フタル酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン、ＣＤＴＡ及びＥＤＴＡなどの化合物が挙げられる。

【0076】

一実施形態では、追加の成分は殺生物剤であり得る。殺生物剤の非限定的な例としては、過酸化水素、第４級アンモニウム化合物、及び塩素化合物が挙げられる。第４級アンモニウム化合物のより具体的な例としては、メチルイソチアゾリノン、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロリド、及びアルキルベンジルジメチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられるが、これらに限定されず、アルキル鎖は１～約２０個の炭素原子の範囲である。塩素化合物のより具体的な例は、亜塩素酸ナトリウム及び次亜塩素酸ナトリウムを含むが、これらに限定されない。殺生物剤のさらなる例としては、ビグアニド、アルデヒド、エチレンオキシド、イソチアゾリノン、ヨードホール、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されているＫＡＴＨＯＮ（商標）及びＮＥＯＬＥＮＥ（商標）製品ファミリー、ならびにＬａｎｘｅｓｓからのＰｒｅｖｅｎｔｏｌ（商標）ファミリーが挙げられる。研磨用組成物中で使用される殺生物剤の量は、約０．０００１ｗｔ％～０．１０ｗｔ％、０．０００１ｗｔ％～０．００５ｗｔ％、又は０．０００２ｗｔ％～０．００２５ｗｔ％の範囲であり得る。

【0077】

別の実施形態では、追加の成分は界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、非イオン性、又は双性イオン性であり得、ビヒクル又は組成物の潤滑性を増加させ得る。界面活性剤の非限定的な例は、ドデシル硫酸塩、ナトリウム塩又はカリウム塩、ラウリル硫酸塩、第二アルカンスルホン酸塩、アルコールエトキシレート、アセチレンジオール界面活性剤、第四級アンモニウム系界面活性剤、ベタイン及びアミノ酸誘導体系界面活性剤などの両性界面活性剤、ならびにそれらの任意の組み合わせである。適切な市販の界面活性剤の例としては、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造されたＴＲＩＴＯＮ（商標）、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ（商標）、ＤＯＷＦＡＸ（商標）ファミリーの界面活性剤、ならびにＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造されたＳＵＲＦＹＮＯＬ（商標）、ＤＹＮＯＬ（商標）、Ｚｅｔａｓｐｅｒｓｅ（商標）、Ｎｏｎｉｄｅｔ（商標）、及びＴｏｍａｄｏｌ（商標）界面活性剤ファミリーの様々な界面活性剤が挙げられる。界面活性剤の適切な界面活性剤はまた、エチレンオキシド（ＥＯ）及びプロピレンオキシド（ＰＯ）基を含むポリマーを含み得る。ＥＯ－ＰＯポリマーの例は、ＢＡＳＦ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製のＴｅｔｒｏｎｉｃ（商標）９０Ｒ４である。アセチレンジオール界面活性剤の例は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製のＤｙｎｏｌ（商標）６０７である。研磨用組成物中で使用される界面活性剤の量は、約０．０００５ｗｔ％～０．１５ｗｔ％、０．００１ｗｔ％～０．０５ｗｔ％、又は０．００２５ｗｔ％～０．０２５ｗｔ％の範囲であり得る。

【0078】

別の実施形態では、追加の成分は、共溶媒と呼ばれる別の溶媒を含んでもよい。共溶媒の非限定的な例には、アルコール（メタノール又はエタノールなど）、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アルカン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、トルエン、ケトン（アセトンなど）、アルデヒド、及びエステルが含まれるが、これらに限定されない。共溶媒の他の非限定的な例としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ピリジン、アセトニトリル、グリコール及びそれらの混合物が挙げられる。共溶媒は、様々な量で、好ましくは約０．０００１、０．００１、０．０１、０．１、０．５、１、５、又は１０（重量％）の下限から約０．００１、０．０１、０．１、１、５、１０、１５、２０、２５、又は３５（重量％）の上限まで使用され得る。

【0079】

したがって、本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、酸化剤及び砥粒を含む研磨用組成物であり、酸化剤は複合金属酸化物を含み、砥粒はアルミナを含み、組成物のｐＨは約８以上である。

【0080】

上記の任意の実施形態のように、酸化剤が過マンガン酸カリウムを含む研磨用組成物。

【0081】

上記の任意の実施形態のように、砥粒がアルファアルミナを含む研磨用組成物。

【0082】

上記の任意の実施形態のように、砥粒が約５～約７の範囲の等電点を有する研磨用組成物。

【0083】

上記の任意の実施形態のように、酸化剤が過マンガン酸カリウムであり、砥粒がアルミナである研磨用組成物。

【0084】

上記の任意の実施形態のように、ｐＨが水酸化カリウムなどのｐＨ調整剤で調整される研磨用組成物。

【0085】

上記の任意の実施形態のように、酸化剤が約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する研磨用組成物。

【0086】

上記の任意の実施形態のように、砥粒が約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する研磨用組成物。

【0087】

上記の任意の上記実施形態のように、酸化剤が過マンガン酸カリウムであり、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する研磨用組成物。

【0088】

上記の任意の上記実施形態のように、砥粒がアルミナであり、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する研磨用組成物。

【0089】

上記の任意の上記実施形態のように、酸化剤が過マンガン酸カリウムであり、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在し、砥粒がアルミナであり、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する研磨用組成物。

【0090】

上記の任意の上記実施形態のように、ｐＨが少なくとも９である研磨用組成物。

【0091】

上記の任意の上記実施形態のように、ｐＨが１０以下である研磨用組成物。

【0092】

上記の任意の上記実施形態のように、担体（例えば、水）をさらに含む研磨用組成物。

【0093】

上記の任意の上記実施形態のように、研磨用組成物はスラリーの形態である。

【0094】

Ｃ．研磨用組成物の使用方法
本明細書に記載の研磨用組成物は、ポリＳｉＣを含む任意の適切な基板を研磨するのに有用である。いくつかの実施形態では、基板は、ポリＳｉＣの少なくとも１つの層を含む。いくつかの実施形態では、ポリＳｉＣを含む少なくとも１つの層は、基板の表面、すなわち基板の最上層にある。ポリＳｉＣ含有表面は、ウェハの形態であってもよく、薄い（又は厚い）膜の形態であってもよい。

【0095】

半導体に使用される炭化ケイ素は、単結晶又は多結晶であり得、そのような結晶多形の例は、立方晶（例えば、３Ｃ炭化ケイ素）又は非立方晶（例えば、４Ｈ炭化ケイ素、６Ｈ炭化ケイ素）、又は結晶多形の混合物（すなわち、ポリＳｉＣ）である。ポリＳｉＣを用いる利点は、基板の低コスト化である。ポリＳｉＣのいくつかの際立った特徴は、典型的には単結晶４Ｈ－ＳｉＣと同じ極性（Ｓｉ／Ｃ表面）を有さず、黒色であり、不透明であることである。

【0096】

ポリＳｉＣのさらなる特徴は、多くの結晶多形（例えば、４Ｈ、３Ｃ、及び様々な他の結晶多形結晶）からなるため、粒界に空隙（空孔）が存在し得ることである。ポリＳｉＣ中の異なる結晶多形は、ポリＳｉＣの幅広い変動を伴う困難な結晶化度をもたらす。また、ポリＳｉＣの密度は４Ｈ－ＳｉＣの３．２１ｇ／ｃｍ^３よりも小さい。ポリＳｉＣの密度は３．２０ｇ／ｃｍ^３以下であってもよく、３．１９ｇ／ｃｍ^３以下であってもよく、３．１８ｇ／ｃｍ^３以下であってもよく、３．１７ｇ／ｃｍ^３以下であってもよく、３．１６ｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。また、ポリＳｉＣの密度は３．１０ｇ／ｃｍ^３以上であってもよく、３．１５ｇ／ｃｍ^３以上であってもよく、３．１６ｇ／ｃｍ^３以上であってもよく、３．１７ｇ／ｃｍ^３以上であってもよく、３．１８ｇ／ｃｍ^３以上であってもよく、３．１９ｇ／ｃｍ^３以上であってもよく、３．２０ｇ／ｃｍ^３以上であってもよい。これら及び他の特性のために、ＣＭＰ中にポリＳｉＣの高い除去速度及び所望の平滑性を得ることは困難であり、それは製造時間及び関連コストを増加させる。

【0097】

そこで、本発明は、ポリＳｉＣの除去速度が高く、所望の平滑性を有するポリＳｉＣの研磨方法を提供することを目的とする。

【0098】

ポリＳｉＣを含む材料の研磨は、限定はしないが、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリ又は剛性ディスク、金属、層間誘電体（ＩＬＤ）デバイス、半導体、微小電気機械システム、強誘電体、及び磁気バンドなどの様々な用途に有益であり得る。

【0099】

したがって、いくつかの実施形態では、本明細書に開示される主題は、本明細書に開示される研磨用組成物を用いてポリＳｉＣ含有基板を研磨する方法に関する。いくつかの実施形態では、ポリＳｉＣ含有基板を研磨する方法は、（ａ）ポリＳｉＣ含有基板を提供する工程、（ｂ）本明細書に記載の研磨用組成物を提供する工程、（ｃ）前記研磨用組成物を前記基板の少なくとも一部に適用する工程、及び（ｄ）前記基板の少なくとも一部を前記研磨用組成物で研磨して、前記基板を研磨する工程、を含む。

【0100】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される研磨方法で使用される装置は化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置であるが、開示される方法はこれに限定されるべきではない。典型的には、装置は、使用時に動いており、軌道、直線、又は円運動から生じる速度を有するプラテンと、プラテンと接触し、動いているときにプラテンと共に移動する研磨パッドと、研磨パッドの表面と接触し、研磨パッドの表面に対して移動することによって研磨される基板を保持するキャリアとを備える。基板の研磨は、基板を研磨するために基板の少なくとも一部を研磨するように、基板が研磨パッド及び研磨用組成物（一般に基板と研磨パッドとの間に配置される）と接触して配置され、研磨パッドが基板に対して移動することによって行われる。次いで、ポリＳｉＣ含有基板の重量を監視することによって研磨終点を決定することができ、これを使用して基板から除去されたポリＳｉＣの量を計算する。そのような技術は当技術分野で周知である。

【0101】

ここで用いられる研磨パッドは、特に限定されない。例えば、不織布タイプ、スウェードタイプ、硬質発泡タイプ及び軟質発泡タイプを含むポリウレタンタイプ、砥粒を含むタイプ、砥粒を含まないタイプなどの任意の研磨パッドを使用することができる。

【0102】

研磨とは、表面を研磨するために表面の少なくとも一部を除去することを指す。研磨は、溝、クレート、ピットなどを除去することによって表面粗さが低減された表面を提供するために実施することができるが、平面セグメントの交差を特徴とする表面形状を導入又は復元するために研磨を実施することもできる。

【0103】

ポリＳｉＣは、本明細書に開示される研磨方法において基板の研磨を達成するために任意の適切な速度で除去することができる。いくつかの実施形態において、開示の研磨方法において使用される研磨用組成物は、約１μｍ／時～約１０μｍ／時、約２μｍ／時～約８μｍ／時、約３μｍ／時～約７μｍ／時、約４μｍ／時～約７μｍ／時、約４．５μｍ／時～約６．５μｍ／時、約５．０μｍ／時～約６．０μｍ／時の範囲の除去速度（ＲＲ）を有する。いくつかの実施形態では、ＲＲは、約６．０μｍ／時～約７．０μｍ／時の範囲である。いくつかの実施形態では、ＲＲは、少なくとも約１．０μｍ／時、約２．０μｍ／時、約３．０μｍ／時、約４．０μｍ／時、約４．５μｍ／時、約５．０μｍ／時、約５．５μｍ／時、約６．０μｍ／時、又は約７．０μｍ／時である。いくつかの実施形態では、ＲＲは、約１０．０μｍ／時、約９．０μｍ／時、約８．０μｍ／時、約７．０μｍ／時、約６．５μｍ／時、約５．０μｍ／時、約４．５μｍ／時、約４．０μｍ／時、約３．０μｍ／時、約２．０μｍ／時、又は約１．０μｍ／時未満である。

【0104】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される研磨方法は、特定の平均粗さ指数（Ｒａ）を有する研磨用組成物を使用する。いくつかの実施形態において、研磨用組成物のＲａは、約０．０１ｎｍ～約１．５０ｎｍ、約０．０１ｎｍ～約１．２０ｎｍ、約０．１０ｎｍ～約１．２ｎｍ、約０．２５ｎｍ～約１．２０ｎｍ、約０．５０ｎｍ～約１．２０ｎｍ、約０．６ｎｍ～約０．９０ｎｍ、又は約０．７０ｎｍ～約０．９０ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態において、開示の研磨方法で使用される研磨用組成物のＲａは、約１．２０ｎｍ未満、約１．１０ｎｍ未満、約１．０ｎｍ未満、約０．９０ｎｍ未満、約０．８０ｎｍ未満、約０．７０ｎｍ未満、約０．６０ｎｍ未満、約０．５０ｎｍ未満、約０．４０ｎｍ未満、又は約０．３０ｎｍ未満である。

【0105】

いくつかの実施形態において、本明細書に開示される研磨方法は、特定の平均粗さ深さ（Ｒｚ）を有する研磨用組成物を使用する。いくつかの実施形態において、研磨用組成物のＲｚは、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約５ｎｍ～約１５ｎｍ、約６ｎｍ～約１２ｎｍ、約７ｎｍ～約１０ｎｍ、約８ｎｍ～約１０ｎｍ、又は約９ｎｍ～約１０ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態において、研磨用組成物のＲｚは、約１５ｎｍ、約１４ｎｍ、約１３ｎｍ、約１２ｎｍ、約１１ｎｍ、約１０ｎｍ、約９．７５ｎｍ、約９．５０ｎｍ、約９．２５ｎｍ、約９．００ｎｍ、８．７５ｎｍ、約８．５０ｎｍ、約８．２５ｎｍ、約８．０ｎｍ、７．７５ｎｍ、約７．５ｎｍ、約７．２５ｎｍ、約７．００ｎｍ又は約６．５０ｎｍ未満である。

【0106】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される研磨方法は、任意の適切なヘッド圧力を使用する。いくつかの実施形態では、研磨方法のヘッド圧力は、約１．４ｐｓｉ～約２２ｐｓｉ、約２．９ｐｓｉ～約１４．５ｐｓｉ、約３ｐｓｉ～約１２ｐｓｉ、約４ｐｓｉ～約１０ｐｓｉ、約５ｐｓｉ～約９ｐｓｉ、又は約６ｐｓｉ～約８ｐｓｉの範囲である。

【0107】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される研磨方法は、任意の適切なプラテン回転速度を使用する。いくつかの実施形態では、研磨方法のプラテン回転速度は、約６０ｒｐｍ～約１８０ｒｐｍ、約７０ｒｐｍ～約１７０ｒｐｍ、約８０ｒｐｍ～約１６０ｒｐｍ、約９０ｒｐｍ～約１５０ｒｐｍ、約１００ｒｐｍ～約１４０ｒｐｍ、又は約１１０ｒｐｍ～約１３０ｒｐｍの範囲である。

【0108】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される研磨方法は、任意の適切なヘッド回転速度を使用する。いくつかの実施形態では、研磨方法のヘッド回転速度は、約９０ｒｐｍ～約２００ｒｐｍ、約１００ｒｐｍ～約１９０ｒｐｍ、約１１０ｒｐｍ～約１８０ｒｐｍ、約１２０ｒｐｍ～約１７０ｒｐｍ、約１３０ｒｐｍ～約１６０ｒｐｍ、又は約１４０ｒｐｍ～約１５０ｒｐｍの範囲である。

【0109】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される研磨方法は、任意の適切な圧力速度（ＰＶ）を使用する。いくつかの実施形態では、研磨方法のＰＶは、約３００ｐｓｉ＊インチ／秒～約９００ｐｓｉ＊インチ／秒、約３５０ｐｓｉ＊インチ／秒～約８５０ｐｓｉ＊インチ／秒、約４００ｐｓｉ＊インチ／秒～約８００ｐｓｉ＊インチ／秒、又は約４５０ｐｓｉ＊インチ／秒～約７５０ｐｓｉ＊インチ／秒の範囲である。

【0110】

したがって、いくつかの実施形態において本明細書に記載されるのは研磨用組成物を使用する方法であって、ａ）本明細書に開示される研磨用組成物（例えば、請求項１）を提供する工程、ｂ）多結晶炭化ケイ素（ポリＳｉＣ）含有層を含む基板を用意する工程、及びｃ）前記基板を前記研磨用組成物で研磨して、研磨済基板を提供する工程、を含む。

【0111】

上記の任意の実施形態のように、基板は半導体である。

【0112】

上記の任意の実施形態のように、方法は、約４μｍ／時～約７μｍ／時の範囲のポリＳｉＣ除去速度をもたらす。

【0113】

上記の任意の実施形態のように、研磨済基板は、約１．２ｎｍ未満の粗さ指数（Ｒａ）を有する。

【0114】

上記の任意の実施形態のように、研磨済基板は、約１０ｎｍ未満の特定の平均粗さ深さ（Ｒｚ）を有する。

【0115】

上記の任意の実施形態のように、研磨用組成物は、約５～約７の範囲の等電点を有する砥粒を含む。後述の実施例における研磨用組成物の等電点は、約５～約７の範囲であった。

【0116】

上記の任意の実施形態のように、研磨用組成物は、遷移相アルミナを含まない砥粒を含む。

【0117】

上記の任意の実施形態のように、研磨用組成物は、過マンガン酸カリウムである酸化剤を含む。

【0118】

上記のいずれかの実施形態のように、研磨用組成物は、約０．００１重量％未満の量で存在するｐＨ調整剤をさらに含む。

【0119】

上記の任意の実施形態のように、研磨用組成物は、約９～約１０の範囲のｐＨを有する。

【0120】

Ｄ．［実施例］
以下の調製及び実施例は、当業者が本発明をより明確に理解し、実施することを可能にするために与えられる。それらは、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、単に例示的かつ代表的であると見なされるべきである。

【0121】

１つの態様では、研磨用組成物を製造する方法が開示される。別の態様では、材料を研磨するために研磨用組成物を使用する方法が開示される。

【0122】

［実施例１］ 砥粒評価
アルミナ砥粒の平均二次粒子径をレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（株式会社堀場製作所製ＬＡ－９５０）により測定し、表１に示した。

【0123】

【表1】

【0124】

実施例２ 実験スラリーの除去速度（ＲＲ）、粗さ指数（Ｒａ）及び平均粗さ深さ（Ｒｚ）の測定
以下の表２は、使用した研磨装置及び研磨パラメータの一般的な設定を示す。

【0125】

【表2】

【0126】

※冷却器は研磨定盤を冷却する装置である。冷却器温度における温度は放射温度計で研磨中のヘッド/基板付近のパッド表面温度を測定することにより得られた値である。
※ポリＳｉＣは多結晶なので、研磨面には色々な結晶方位、Ｓｉ面、Ｃ面が混在している。それぞれの速度選択性が低下することで、結果的に研磨面のＲａ（ｎｍ）やＲｚ（ｎｍ）を低減させることができる。

【0127】

表２の試験条件／パラメータ：
（ａ）ＲＥＶＳＵＭ６ＥＣ２を直径約２２インチのプラテンの片面研磨に使用した。

【0128】

（ｂ）硬質ポリウレタン研磨パッドであるＲｏｈｍａｎｄＨａａｓＩＣ１０００ｋ溝付きパッドを選択した。

【0129】

（ｃ）パッドのコンディショナーとしてＫＩＮＩＫ１７９Ｂを使用し、５ポンドで試験研磨する前に約２分間続くコンディショニングシーケンスを採用した。

【0130】

（ｄ）研磨試験中、チラー温度を１０°Ｃに設定した。

【0131】

（ｅ）スラリー流量は５０ｍｌ／分を使用した。

【0132】

（ｆ）研磨条件は、７．０ｐｓｉのヘッド圧力、１２０及び１４５ｒｐｍのプラテン及びヘッド回転速度をそれぞれ用いた。

【0133】

（ｇ）研磨時間は５分であった。

【0134】

【表3】

【0135】

上記の表３は、ウェハの研磨を評価するために使用される一般的な方法を示す。

【0136】

試験条件／パラメータ：
（ａ）従来の供給業者から購入することができる６インチのポリＳｉＣ試験ウェハを使用した。

【0137】

（ｂ）試験ウェハ１において、一旦研磨された鏡面仕上げの公称値は、Ｒａが７ｎｍより小さく、密度が３．１５ｇ／ｃｍ^３と仮定され、ＳＯＲＩが５０μｍより小さいことである。試験ウェハ２において、一旦研磨された鏡面仕上げの公称値は、Ｒａが７ｎｍより小さく、密度が３．２ｇ／ｃｍ^３と仮定され、ＳＯＲＩが５０μｍより小さいことである。なお、「一旦研磨された」とは、試験ウェハ１、試験ウェハ２は、プロバイダが既にこれらを研磨していることを意味している。

【0138】

（ｃ）ウェハを、１）有機酸及び界面活性剤（すなわち、関東化学株式会社製のＣＭＰ－ＭＯ_２をＨ_２Ｏで１０倍に希釈したものである）でのＰＶＡ拭き取り、次いで、２）硫酸及び過酸化水素混合溶液（ＳＰＭ）などのＲＣＡ系洗浄、ならびに３）フッ化水素酸洗浄によって洗浄した。

【0139】

（ｄ）基板洗浄後のＣＭＰ前後の重量損失と結晶密度を用いてＲＲを算出した。このＣＭＰは、実施例３（比較研究）の研磨用組成物を用いて行った。

【0140】

（ｅ）表面粗さの評価は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によりＲａ及びＲｚの値を観察した。測定領域は１０ミクロン領域であった。

【0141】

ポリＳｉＣには極性がないため、ＲＲ及びＲａ／Ｒｚを試験する際には、両表面を同様の特性を有するものとして処理した。ＲＲ及びＲａ評価は、各側で１セットを使用して行った。まず、重量減少換算によりＲＲを求めた後、基板を洗浄してＡＦＭを測定した。また、研磨面への残留応力の影響を避けるため、片面評価を交互に行った。

【0142】

実施例３ 比較研究
（比較研究１）
研磨用組成物の調製手順：砥粒としてアルミナＡを用意し、砥粒（粉末）全体の含有量が表４の１に示す値となるように水中で混合した。次に、酸化剤である過マンガン酸カリウムを表４の１に記載の含有量となるように添加し、室温（２５°Ｃ）で３０分間撹拌して分散液を調製した。分散液のｐＨをｐＨメーター（株式会社堀場製作所製）で確認しながら、ｐＨ調整剤としてＫＯＨ又はＨＮＯ_３を添加し、ｐＨを表４の１に示す値に調整して研磨用組成物を調製した。

【0143】

比較研究１では試験ウェハ１を使用した。

【0144】

【表4-1】

【0145】

本発明の一態様による研磨用組成物によれば、密度の低い試験ウェハ１を研磨した場合、ＲＲを高く維持しつつ、ＲａやＲｚを低減することができる。密度の低いウェハはピットやグレインを内在している可能性が高いため、このウェハを研磨した場合、ＲＲが高くなりやすい一方ＲａやＲｚが悪化しやすい。このため、ＲＲを高く維持しつつ、ＲａやＲｚを低減することができる研磨用組成物は、密度の低いウェハに対して有用である。これに対し、比較１～６、８は、ＲＲは高いが、ＲａやＲｚが十分に低減できていない。また、比較７について言えば、ＲＲが低く、ＲａやＲｚも十分に低減できていない。
（比較研究２）
研磨用組成物の調製手順：砥粒としてアルミナＡを用意し、砥粒（粉末）全体の含有量が表４の２に示す値となるように水中で混合した。次に、酸化剤である過マンガン酸カリウムを表４の２に記載の含有量となるように添加し、室温（２５°Ｃ）で３０分間撹拌して分散液を調製した。分散液のｐＨをｐＨメーター（株式会社堀場製作所製）で確認しながら、ｐＨ調整剤としてＫＯＨ又はＨＮＯ_３を添加し、ｐＨを表４の２に示す値に調整して研磨用組成物を調製した。

【0146】

比較研究２では試験ウェハ２を使用した。

【0147】

【表4-2】

【0148】

本発明の一態様による研磨用組成物によれば、密度の高い試験ウェハ２を研磨した場合、ＲａやＲｚの増加を抑えつつ、ＲＲを向上することができる。密度の高いウェハは単結晶ウェハの性能と近いため、このウェハを研磨した場合、ＲａやＲｚが低い一方でＲＲが向上しにくい。このため、このように、ＲａやＲｚの増加を抑えつつ、ＲＲを向上することができる研磨用組成物は、密度の高いウェハに対して有用である。これに対し、比較９や、比較１０は、ＲＲが高いが、ＲａやＲｚが悪化している。また、比較１１～１４は、ＲａやＲｚを低く抑えられているが、ＲＲの値が低い。

【0149】

いくつかの実施形態において、ポリＳｉＣの密度が、３．１８ｇ／ｃｍ^３以上である。いくつかの実施形態において、ポリＳｉＣの密度が、３．１８ｇ／ｃｍ^３未満である。

【0150】

いくつかの実施形態では、研磨用組成物中、酸化剤、砥粒の含有量がいずれも１．５重量％超であることが好ましい。

【0151】

実施例４ 研磨用組成物のｐＨに対する酸化還元電位ＯＲＰの関係
本発明１、２、５、６の研磨用組成物をそれぞれ準備し、酸性側に調整するためにはＨＮＯ_３、アルカリ側に調整するためにはＫＯＨを用いて以下の表に記載のｐＨに調整した。そして、それぞれのｐＨにおける酸化還元電位ＯＲＰを測定した。

【0152】

【表5-1】

【0153】

【表5-2】

【0154】

【表5-3】

【0155】

【表5-4】

【0156】

本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本発明に様々な修正及び変形を加えることができることは、当業者には明らかであろう。本発明の他の態様は、本明細書の考察及び本明細書に開示される本発明の実施から当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例は、例示としてのみ考慮されることが意図され、本発明の真の範囲及び精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。

【0157】

本発明は、下記態様および形態を包含する。

【0158】

１．酸化剤、砥粒及び水を含む研磨用組成物であって、前記酸化剤は、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在する過マンガン酸塩であり、前記砥粒は、約１．５重量％～約３．５重量％の量で存在するアルミナであり、前記研磨用組成物が約８より大きいｐＨを有する、研磨用組成物。

【0159】

２．前記砥粒が、約５～約７の範囲の等電点を有する、１．に記載の研磨用組成物。

【0160】

３．前記酸化剤が過マンガン酸カリウムである、１．または２．に記載の研磨用組成物。

【0161】

４．約０．００１重量％未満の量で存在するｐＨ調整剤をさらに含む、１．～３．のいずれかに記載の研磨用組成物。

【0162】

５．前記ｐＨ調整剤が塩基性ｐＨ調整剤である、４．に記載の研磨用組成物。

【0163】

６．前記ｐＨ調整剤が水酸化カリウムである、５．に記載の研磨用組成物。

【0164】

７．ｐＨが約９～約１０の範囲である、１．～６．のいずれかに記載の研磨用組成物。

【0165】

８．前記研磨用組成物が、約４μｍ／時～約７μｍ／時のポリＳｉＣ除去速度を有する、１．～７．のいずれかに記載の研磨用組成物。

【0166】

９．多結晶炭化ケイ素を含む基板を研磨する方法であって、ａ）１．～７．のいずれかに記載の研磨用組成物を提供する工程、ｂ）多結晶炭化ケイ素（ポリＳｉＣ）含有層を含む基板を提供する工程、及びｃ）前記研磨用組成物で前記基板を研磨して、研磨済基板を得る工程、を含む方法。

【0167】

１０．前記基板が半導体である、９．に記載の方法。

【0168】

１１．前記方法が、約４μｍ／時～約７μｍ／時の範囲のポリＳｉＣ除去速度をもたらす、９．または１０．に記載の方法。

【0169】

１２．前記研磨済基板が、約１．２ｎｍ未満の粗さ指数（Ｒａ）を有する、９．～１１．のいずれかに記載の方法。

【0170】

１３．前記研磨済基板が、約１３ｎｍ未満の特定の平均粗さ深さ（Ｒｚ）を有する、９．～１２．のいずれかに記載の方法。

【0171】

１４．前記研磨用組成物が、約５～約７の範囲の等電点を有する砥粒を含む、９．～１３．のいずれかに記載の方法。

【0172】

１５．前記研磨用組成物が、過マンガン酸カリウムである酸化剤を含む、９．～１４．のいずれかに記載の方法。

【0173】

１６．前記研磨用組成物が、約９～約１０の範囲のｐＨを有する、９．～１５．のいずれかに記載の方法。

【0174】

本出願は、２０２１年１２月１０日に出願された米国仮特許出願（出願番号第６３－２８８０３９号）に基づいており、その開示内容は、その全体が参照により本明細書に組みこまれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】