WO2015040979A1 - 研磨用組成物 - Google Patents

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WO2015040979A1
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polishing
propyl
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silica
polishing composition
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章太 鈴木
由裕 井澤
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Fujimi Inc
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • H10P52/00—Grinding, lapping or polishing of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P52/40—Chemomechanical polishing [CMP]
    • H10P52/403—Chemomechanical polishing [CMP] of conductive or resistive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • H10P95/06—Planarisation of inorganic insulating materials
    • H10P95/062—Planarisation of inorganic insulating materials involving a dielectric removal step

Definitions

  • the present invention relates to a polishing composition used in a semiconductor device manufacturing process and a polishing method using the same.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • CMP has been applied to each process in semiconductor manufacturing, and one aspect thereof is, for example, application to a gate formation process in transistor fabrication.
  • Patent Document 2 discloses a polishing composition having a pH of 2.5 to 5 containing colloidal silica and an organic acid having a sulfonic acid group or a phosphonic acid group. According to Patent Document 2, for example, when polishing a Si-containing material different from silicon nitride and polysilicon, the polishing rate of the layer containing silicon nitride can be increased by using the polishing composition. In addition, polishing of a layer containing a silicon-based compound such as polysilicon, modified polysilicon, silicon oxide, silicon carbide, and silicon oxide carbide can be selectively suppressed.
  • a silicon-based compound such as polysilicon, modified polysilicon, silicon oxide, silicon carbide, and silicon oxide carbide
  • an object of the present invention is to provide a polishing composition capable of sufficiently controlling the polishing rate of the Si-containing material.
  • the present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been surprisingly found that the above-mentioned problems can be solved by immobilizing specific functional groups on the silica surface, and the present invention has been completed.
  • the present invention is a polishing composition
  • a polishing composition comprising silica having a functional group satisfying at least one of the following conditions (1) and (2) immobilized on the surface and a pH adjuster; Condition (1): the functional group has an amino group, Condition (2): The functional group has a halogeno group.
  • a polishing composition capable of sufficiently controlling the polishing rate of a Si-containing material can be provided.
  • X to Y indicating a range means “X or more and Y or less”. Unless otherwise specified, measurement of operation and physical properties is performed under conditions of room temperature (20 to 25 ° C.) / Relative humidity 40 to 50%.
  • the first of the present invention is a silica in which a functional group satisfying at least one of the following conditions (1) and (2) is immobilized on the surface (hereinafter referred to as “silica in which a specific functional group is immobilized on the surface”). "Or simply” silica ”) and a pH adjusting agent; Condition (1): the functional group has an amino group, Condition (2): The functional group has a halogeno group.
  • the polishing rate of the Si-containing material can be sufficiently controlled. Although the detailed reason for such an effect is unclear, it is presumed to be due to the following mechanism.
  • the polishing composition is used to polish silicon nitride.
  • the rate can be reduced.
  • the zeta potential of the silica on which the functional group is immobilized changes to a value different from that of the original silica by immobilizing the functional group having an amino group on the silica surface.
  • the zeta potential has the same sign as the zeta potential of silicon nitride.
  • silicon nitride and halogeno groups also undergo a nucleophilic addition reaction, and silicon atoms and halogeno groups are bonded, but silicon nitride is a strong crystal, so it does not exhibit a polishing rate as high as that of polycrystalline silicon. Guessed.
  • the polishing composition of the present invention essentially contains silica in which a functional group satisfying at least one of the conditions (1) and (2) is immobilized on the surface.
  • the silica has a function as abrasive grains in the polishing composition.
  • a functional group that satisfies at least one of the conditions (1) and (2) may be immobilized on the surface. That is, the silica of the present invention has (i) a case where only a functional group having an amino group is immobilized on the surface; (ii) a case where only a functional group having a halogeno group is immobilized on the surface; A case where a functional group having both an amino group and a halogeno group is immobilized on the surface; and (iv) a case where both the functional group having an amino group and a functional group having a halogeno group are immobilized on the surface. Include. Among these, the case of (i) or (ii) is preferable from the viewpoint of the stability of the composition. Hereinafter, cases (i) and (ii) will be described.
  • Silica used as a raw material before the functional group is immobilized (hereinafter, also simply referred to as “raw silica”) is not particularly limited, and examples thereof include fumed silica and colloidal silica. Among these, colloidal silica is preferable from the viewpoint of dispersion stability of the abrasive grains in the polishing composition.
  • Silica in which a functional group having an amino group is immobilized on the surface has a functional group having an amino group chemically bonded (for example, covalently bonded) to the silica surface.
  • the functional group having an amino group is not particularly limited, and may be composed only of an amino group, or may be one in which an amino group is bonded to a linker structure. In the latter case, one functional group may have one amino group or a plurality of amino groups.
  • the linker structure is not particularly limited, but from the viewpoint of dispersion stability and reactivity of the abrasive grains in the polishing composition, a linear or branched alkylene group having 2 to 5 carbon atoms (—C n H 2n —) , An oxyalkylene group (—OC n H 2n —), an arylene group, or a combination thereof.
  • Specific examples of the functional group having an amino group include a functional group derived from a silane coupling agent described later.
  • Silica in which a functional group having a halogeno group is immobilized on the surface has a functional group having a halogeno group chemically bonded (for example, covalently bonded) to the silica surface.
  • halogeno group examples include a fluoro group (—F), a chloro group (—Cl), a bromo group (—Br), and an iodo group (—I).
  • a chloro group, a bromo group, and an iodo group are preferable, and a chloro group and a bromo group are more preferable.
  • the functional group having a halogeno group is not particularly limited, and may be composed only of a halogeno group, or may be one in which a halogeno group is bonded to a linker structure. In the latter case, one functional group may have one or a plurality of halogeno groups. In this case, only one kind of halogeno group may be present, or 2 More than one species may be combined.
  • the linker structure is not particularly limited, but from the viewpoint of dispersion stability and reactivity of the abrasive grains in the polishing composition, a linear or branched alkylene group having 2 to 5 carbon atoms (—C n H 2n —) , An oxyalkylene group (—OC n H 2n —), an arylene group, or a combination thereof.
  • a linear or branched alkylene group having 2 to 5 carbon atoms —C n H 2n —)
  • An oxyalkylene group —OC n H 2n —
  • an arylene group or a combination thereof.
  • Specific examples of the functional group having a halogeno group include a functional group derived from a silane coupling agent described later.
  • Silica usually forms secondary particles by agglomerating primary particles made of SiO 2 .
  • the average primary particle diameter of silica formed by fixing the specific functional group of the present invention on the surface is preferably 5 nm or more, more preferably 7 nm or more, and further preferably 10 nm or more. As the average primary particle size increases, there is an advantage that the polishing rate of the object to be polished by the polishing composition is improved.
  • the average primary particle diameter of silica having a specific functional group immobilized on the surface thereof is preferably 150 nm or less, more preferably 120 nm or less, and further preferably 100 nm or less.
  • the average primary particle size is calculated based on the specific surface area measured by the BET method.
  • the average secondary particle diameter of silica formed by immobilizing a specific functional group of the present invention on the surface is preferably 10 nm or more, more preferably 15 nm or more, and further preferably 20 nm or more. As the average secondary particle size increases, there is an advantage that the polishing rate of the object to be polished by the polishing composition is improved.
  • the average secondary particle diameter of silica formed by immobilizing a specific functional group on the surface is preferably 200 nm or less, more preferably 180 nm or less, and further preferably 150 nm or less.
  • the average secondary particle size decreases, there is an advantage that it is possible to suppress the generation of scratches on the surface of the object to be polished after polishing with the polishing composition.
  • the value of the average secondary particle diameter is calculated based on the specific surface area measured by the light scattering method using laser light.
  • the silica in which the specific functional group of the present invention is immobilized on the surface may be a synthetic product or a commercially available product. Moreover, the silica by which a specific functional group is fix
  • immobilized on the surface may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • the method for producing silica in which the specific functional group of the present invention is immobilized on the surface is not particularly limited, but, for example, a silane coupling agent having a specific functional group is added to the raw silica and reacted, It can be produced by bonding a specific functional group to the surface of silica.
  • the silane coupling agent having an amino group is not particularly limited. Specific examples thereof include (3-aminopropyl) triethoxysilane, (3-aminopropyl) tripropoxysilane, and (3-aminopropyl) tributoxy.
  • Silane (aminopropyl) trialkoxysilane, (3-aminopropyl) methyldimethoxysilane, (3-aminopropyl) methyldiethoxysilane, (3-aminopropyl) methyldipropoxysilane, (3-aminopropyl) Methyldibutoxysilane, (3-aminopropyl) ethyldimethoxysilane, (3-aminopropyl) propyldimethoxysilane, (3-aminopropyl) butyldimethoxysilane, (3-aminopropyl) ethyldiethoxysilane, (3-amino Propyl) propyldie Xysilane, (3-aminopropyl) butyldiethoxysilane, (3-aminopropyl) ethyldipropoxysilane, (3-aminopropyl) propyldipropoxy
  • [(Dimethylamino) propyl] trialkoxysilane such as [propyl] tripropoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] tributoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] methyldimethoxysilane, [3- (dimethyl) Amino) propyl] ethyldimethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] propyldimethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] butyldimethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] methyldiethoxysilane, [3 -(Dimethyl Mino) propyl] ethyldiethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] propyldiethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] but
  • [(Dimethylamino) pro [Lu] alkyldialkoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] dimethylmethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] diethylmethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] dipropylmethoxysilane, [3- (Dimethylamino) propyl] dibutylmethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] dimethylethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] diethylethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] dipropylethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] dibutylethoxysilane, [3- (dimethylamino) propyl] dimethylpropoxysilane, [3- (di
  • (3-aminopropyl) trihalosilane such as (dialkylalkoxysilyl) propyl] trimethylammonium, (3-aminopropyl) trichlorosilane, (3-aminopropyl) tribromosilane, [3- (2-aminoethylamino) [(Aminoalkylamino) propyl] trialkoxysilane, such as [propyl] trimethoxysilane, [3- (6-aminohexylamino) propyl] trimethoxysilane, [3- (2-aminoethylamino) propyl [(Aminoalkylamino) propyl] alkyl dialkoxysilane, such as methyldimethoxysilane, [3- (6-aminohexylamino) propyl] methyldimethoxysilane, [3- (2-aminoethylamino) propyl] dimethyl
  • silane coupling agents having an amino group 3-aminopropyl) triethoxysilane, (3-aminopropyl) ethyldiethoxysilane, (3-amino) are used from the viewpoint of reactivity with raw silica and stability.
  • Propyl) diethylethoxysilane is preferred.
  • the silane coupling agent having a halogeno group is not particularly limited.
  • Specific examples of the silane coupling agent having a chloro group include, for example, (3-chloropropyl) trimethoxysilane, (3-chloropropyl) triethoxysilane, (3-chloropropyl) tripropoxysilane, (3-chloro (Chloropropyl) trialkoxysilane, (3-chloropropyl) methyldimethoxysilane, (3-chloropropyl) methyldiethoxysilane, (3-chloropropyl) methyldipropoxysilane, (3 -Chloropropyl) methyldibutoxysilane, (3-chloropropyl) ethyldimethoxysilane, (3-chloropropyl) ethyldiethoxysilane, (3-chloropropyl) ethyldipropoxysilane, (3-
  • silane coupling agent having a bromo group examples include (3-bromopropyl) trimethoxysilane, (3-bromopropyl) triethoxysilane, (3-bromopropyl) tripropoxysilane, (3 (Bromopropyl) tributoxysilane, (bromopropyl) trialkoxysilane, (3-bromopropyl) methyldimethoxysilane, (3-bromopropyl) methyldiethoxysilane, (3-bromopropyl) methyldipropoxysilane, (3-bromopropyl) methyldibutoxysilane, (3-bromopropyl) ethyldimethoxysilane, (3-bromopropyl) ethyldiethoxysilane, (3-bromopropyl) ethyldipropoxysilane, (3-bromopropyl) ethyl Dibut
  • the silane coupling agent having a fluoro group or an iodo group For the silane coupling agent having a fluoro group or an iodo group, the chlorine atom or the bromo atom in the compounds mentioned as specific examples of the silane coupling agent having a chloro group or a bromo group is changed to a fluorine atom or an iodine atom, respectively.
  • a silane coupling agent replaced with can be used.
  • silane coupling agents having a halogeno group 3-chloropropyl) trimethoxysilane, (3-chloropropyl) triethoxysilane, (3-bromopropyl) are used from the viewpoint of reactivity and stability with raw material silica. ) Trimethoxysilane, (3-bromopropyl) triethoxysilane are preferred.
  • the said silane coupling agent may be individual or may use 2 or more types together.
  • the silane coupling agent may be a commercially available product or a synthetic product.
  • a method for synthesizing a silane coupling agent having an amino group is not particularly limited.
  • a halogen-containing silane compound such as (3-bromopropyl) trimethoxysilane and the compound having an amino group are mixed with sulfuric acid.
  • a known method of reacting in a solvent such as toluene and xylene in the presence of an acid catalyst.
  • the solvent used in the synthesis reaction of the raw material silica and the silane coupling agent is not particularly limited.
  • water and other organic solvents such as lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, Examples thereof include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as diethyl ether, dioxane and tetrahydrofuran, amides such as N, N-dimethylformamide, and sulfoxides such as dimethyl sulfoxide.
  • organic solvents are preferred. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • a hydrophilic solvent for example, when adding a silane coupling agent to water-dispersed colloidal silica, it is preferable to add a hydrophilic solvent to such an extent that the silane coupling agent dissolves.
  • the hydrophilic organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol. Among these, it is preferable to use the same type of alcohol as that generated by hydrolysis of the silane coupling agent. This is because the solvent can be recovered and reused more easily by using the same kind of alcohol as that produced by hydrolysis of the silane coupling agent.
  • the lower limit of the amount of the silane coupling agent during the synthesis reaction is 0.1 mol% or more It is preferably 1 mol% or more, more preferably 10 mol% or more.
  • the upper limit of the amount of the silane coupling agent used in the synthesis reaction is preferably 90 mol% or less, more preferably 85 mol% or less, and more preferably 80 mol, with the number of moles of raw material silica being 100 mol%. More preferably, it is% or less. Within this range, the zeta potential in acidity is sufficiently stable, and the raw material silica can be prevented from gelation over time.
  • colloidal silica such as colloidal silica
  • colloidal silica when used as a raw material, it can be prepared by adding 5 mmol of a silane coupling agent to 195 g of silica.
  • the addition amount of the silane coupling agent is preferably 3 mmol to 15 mmol with respect to 195 g of silica.
  • the atmosphere during the synthesis reaction is not particularly limited, and can be performed under an air atmosphere, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or under vacuum.
  • the pH during the synthesis reaction is not particularly limited, but is preferably 7 or more and 11 or less. If it is this range, a silane coupling agent can react with raw material silica efficiently, and the possibility that silane coupling agents may self-condense can be reduced.
  • the lower limit of the reaction temperature is not particularly limited, but is preferably 5 ° C or higher, more preferably 7 ° C or higher, and further preferably 10 ° C or higher.
  • the upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but is preferably 100 ° C. or lower, more preferably 95 ° C. or lower, and further preferably 90 ° C. or lower. If it is this range, a silane coupling agent can be made to react with raw material silica efficiently.
  • the lower limit of the reaction time is not particularly limited, but is preferably 1 hour or longer, more preferably 2 hours or longer, and further preferably 3 hours or longer. If it is this range, a silane coupling agent can be made to react with raw material silica efficiently.
  • the upper limit of the reaction time is not particularly limited, but is usually 24 hours or less from the viewpoint of workability.
  • the synthesis reaction may be performed in one stage, or may be performed in two stages by changing the reaction temperature.
  • reaction solvent is distilled off under reduced pressure using a rotary evaporator or the like, whereby silica having the target specific functional group immobilized on the surface can be obtained.
  • the content of silica in the polishing composition is not particularly limited, but is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass or more. is there. As the silica content increases, there is an advantage that the polishing rate of the object to be polished by the polishing composition is improved.
  • the content of silica in the polishing composition is not particularly limited, but is preferably 50% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, and further preferably 20% by mass or less. As the silica content decreases, the production cost can be reduced.
  • the polishing composition of the present invention contains a pH adjuster in order to adjust the pH to a desired value.
  • a pH adjuster include the following acids or alkalis.
  • the pH adjuster may be either acid or alkali, and may be either an inorganic compound or an organic compound.
  • the acid include, for example, inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, boric acid, carbonic acid, hypophosphorous acid, phosphorous acid and phosphoric acid; formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid , N-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycol Acids, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, glycol Acids, salicylic
  • alkali examples include amines such as ammonia, ethylenediamine and piperazine, and quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium and tetraethylammonium, and metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide.
  • amines such as ammonia, ethylenediamine and piperazine
  • quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium and tetraethylammonium
  • metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide.
  • pH adjusters from the viewpoint of the stability of the composition, inorganic acids or metal hydroxides are preferable, and nitric acid, sulfuric acid, and potassium hydroxide are more preferable.
  • the pH of the polishing composition of the present invention is preferably 0.5 or more, more preferably 1 or more, and further preferably 2 or more. There is an advantage that handling becomes easier as the pH increases.
  • the pH of the polishing composition of the present invention is preferably 12 or less, more preferably 11.5 or less, and even more preferably 11 or less. There is an advantage that the dissolution of silica can be suppressed as the pH decreases.
  • the content of the pH adjusting agent in the polishing composition is not particularly limited, and the content may be appropriately selected so as to be in the above pH range.
  • the polishing composition of the present invention may contain a dispersion medium or a solvent.
  • a dispersion medium or a solvent an organic solvent and water are conceivable, and among them, water is preferably included. From the viewpoint of inhibiting the action of other components, water containing as little impurities as possible is preferable. Specifically, pure water, ultrapure water, or distilled water from which foreign ions are removed through a filter after removing impurity ions with an ion exchange resin is preferable.
  • the polishing composition of the present invention comprises, if necessary, abrasive grains other than silica (hereinafter also referred to as “other abrasive grains”) having a specific functional group immobilized on the surface, a complexing agent, You may further contain other components, such as a metal anticorrosive agent, antiseptic
  • other abrasive grains, oxidizing agents, preservatives, and fungicides will be described.
  • the abrasive grains other than silica may be any of inorganic particles, organic particles, and organic-inorganic composite particles.
  • the inorganic particles include, for example, particles made of metal oxides such as silica (excluding the above-described specific functional group immobilized on the surface), alumina, ceria, titania, silicon nitride particles, carbonized particles, and the like. Examples thereof include silicon particles and boron nitride particles.
  • Specific examples of the organic particles include polymethyl methacrylate (PMMA) particles.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • Other abrasive grains may be used alone or in admixture of two or more. As other abrasive grains, commercially available products or synthetic products may be used.
  • the oxidizing agent oxidizes the surface of the object to be polished and improves the polishing rate of the object to be polished by the polishing composition.
  • the oxidizing agent examples include peroxides.
  • peroxides include hydrogen peroxide, peracetic acid, percarbonate, urea peroxide, perhalogen acids such as perchloric acid and periodic acid, and sodium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate, and the like.
  • Persulfates are mentioned.
  • These oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoint of reactivity with the surface of the object to be polished, persulfate and hydrogen peroxide are preferable, and hydrogen peroxide is particularly preferable.
  • the content of the oxidizing agent in the polishing composition is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 0.3% by mass or more. As the content of the oxidizing agent increases, the polishing rate of the object to be polished is further improved.
  • the content of the oxidizing agent in the polishing composition is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 4% by mass or less.
  • the content of the oxidizing agent decreases, the material cost of the polishing composition can be reduced, and the load on the processing of the polishing composition after polishing, that is, the waste liquid treatment can be reduced.
  • the possibility of excessive oxidation of the surface of the object to be polished by the oxidizing agent can be reduced.
  • Preservative or fungicide examples include isothiazoline-based preservatives such as 2-methyl-4-isothiazolin-3-one and 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, and paraoxybenzoic acid esters. And phenoxyethanol. These preservatives or fungicides may be used alone or in combination of two or more.
  • the polishing composition of the present invention may be a one-component type or a multi-component type including a two-component type.
  • the polishing composition of the present invention may be used after being adjusted by diluting the stock solution of the polishing composition to, for example, 10 times or more using a diluent such as water.
  • the production method of the polishing composition of the present invention is not particularly limited.
  • silica having a specific functional group immobilized on the surface, a pH adjuster, and other components as necessary are stirred and mixed. Can be obtained. That is, in the method for producing a polishing composition according to another embodiment of the present invention, silica in which a functional group satisfying at least one of the following conditions (1) and (2) is immobilized on the surface, pH adjustment Mixing with an agent; condition (1): the functional group has an amino group, condition (2): the functional group has a halogeno group.
  • the temperature at the time of mixing each component is not particularly limited, but is preferably 10 to 40 ° C., and may be heated to increase the dissolution rate.
  • the polishing composition of the present invention is suitable for polishing an object to be polished having a layer containing a Si-containing material.
  • the Si-containing material include single crystal silicon, polycrystal silicon (poly-Si), silicon oxide, and silicon nitride. Among these, from the viewpoint that the effects of the present invention can be obtained more efficiently.
  • the Si-containing material preferably includes polycrystalline silicon or silicon nitride, more preferably includes silicon nitride, and further preferably includes polycrystalline silicon and silicon nitride.
  • the polishing composition of the present invention is particularly suitable for polishing a polishing object having a layer containing a noble metal when the condition (1) (the functional group has an amino group) is satisfied.
  • the noble metal include gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir), and osmium (Os).
  • ruthenium including ruthenium simple substance, ruthenium alloy and ruthenium compound which has not been able to express a high polishing rate so far is preferable.
  • a barrier layer made of tantalum, a tantalum alloy, a tantalum compound, or the like is formed under the wiring made of copper or copper alloy to prevent copper diffusion into the interlayer insulating film.
  • ruthenium, a ruthenium alloy, or a ruthenium compound has been studied as a material for the barrier layer. Ruthenium, ruthenium alloys, or ruthenium compounds are superior in that they have lower resistivity than tantalum, tantalum alloys, or tantalum compounds, can be formed by chemical vapor deposition (CVD), and can handle narrow wiring. Yes.
  • ruthenium, a ruthenium alloy, or a ruthenium compound has a problem that polishing is difficult because it is chemically more stable and harder than other damascene wiring metal films such as copper.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2008-034818 discloses a ruthenium film polishing composition, but the polishing rate is still not sufficient.
  • the polishing composition of the present invention when polishing ruthenium, a ruthenium alloy and a ruthenium compound, the detailed reason why a high polishing rate can be expressed is unknown, but it is presumed to be due to the following mechanism.
  • the present invention is not limited to the following mechanism.
  • the polishing composition of the present invention may be used for polishing other than the polishing target material including the polishing target.
  • examples of such materials to be polished include an inorganic insulating layer such as glass formed on a substrate, a layer containing Al, Cu, Ti, W, Ta, or the like as a main component, or an optical material such as a photomask, lens, or prism.
  • optical switching elements For optical integrated circuits, optical switching elements, optical waveguides, optical fiber end faces, scintillators, and other optical single crystals, solid-state laser single crystals, blue laser LEDs, composed of glass, inorganic conductive layers such as ITO, glass and crystalline materials Examples thereof include sapphire substrates, semiconductor single crystals such as GaP and GaAs, glass substrates for magnetic disks, and magnetic heads.
  • a polishing method including a step of polishing a material to be polished having an object to be polished using the polishing composition.
  • a method for manufacturing a substrate including a step of polishing by the polishing method.
  • polishing the material to be polished using the polishing composition of the present invention can be carried out using an apparatus and conditions used for normal metal polishing.
  • General polishing apparatuses include a single-side polishing apparatus and a double-side polishing apparatus.
  • a single-side polishing machine hold the substrate using a holder called a carrier, and supply the polishing composition from above while pressing the surface plate with the polishing pad affixed to the opposite surface of the substrate to rotate the surface plate To polish one side of the material to be polished.
  • polishing is performed by a physical action due to friction between the polishing pad and the polishing composition and the material to be polished, and a chemical action that the polishing composition brings to the material to be polished.
  • As the polishing pad a porous material such as a nonwoven fabric, polyurethane, or suede can be used without particular limitation.
  • the polishing pad is preferably processed so that the polishing liquid is accumulated.
  • the polishing conditions in the polishing method of the present invention include polishing load, platen rotation speed, carrier rotation speed, flow rate of the polishing composition, and polishing time. These polishing conditions are not particularly limited.
  • the platen rotation speed and the carrier rotation speed are preferably 10 to 500 rpm.
  • the supply amount of the polishing composition may be any supply amount that covers the entire substrate of the material to be polished, and may be adjusted according to conditions such as the size of the substrate.
  • the methanol solution of the silane coupling agent was added dropwise at a rate of 1 ml / min while stirring the aqueous colloidal silica solution at 25 ° C. in an air atmosphere at a rotation speed of a stirring blade of 600 rpm.
  • the pH was adjusted with a pH adjuster (KOH) so that the pH of the solution was 8.0 to 9.0.
  • the obtained silica A was subjected to XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis, and it was confirmed that a chemical bond of Si—O—Si that bonds the raw silica and a functional group having an amino group was formed. . Furthermore, the obtained silica A was confirmed to have an amino group by conducting FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) analysis. Therefore, it was confirmed that the functional group having an amino group was immobilized on the surface of silica A by these two analytical methods.
  • FT-IR Fastier transform infrared spectroscopy
  • the methanol solution of the silane coupling agent was added dropwise at a rate of 1 ml / min while stirring the aqueous colloidal silica solution at 25 ° C. in an air atmosphere at a rotation speed of a stirring blade of 600 rpm.
  • the pH was adjusted with a pH adjuster (KOH) so that the pH of the solution was 8.0 to 9.0.
  • silica C By performing XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis on the obtained silica C, it was confirmed that a chemical bond of Si—O—Si that bonds the raw material silica and a functional group having a halogeno group was formed. . Further, the obtained silica C was confirmed to have a halogeno group by performing FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) analysis. Therefore, it was confirmed by the two analysis methods that the functional group having a halogeno group was immobilized on the surface of silica C.
  • FT-IR Fastier transform infrared spectroscopy
  • a polishing composition was prepared by mixing abrasive grains (silica), a pH adjuster, and an oxidizing agent in ultrapure water with the compositions shown in Tables 1 to 4 below (mixing temperature: about 25 ° C., mixing time). : About 10 minutes). The pH of the polishing composition was confirmed with a pH meter. “-” In the table indicates that no addition was made.
  • silica B shown in Tables 1 to 4 is raw material silica (colloidal silica; average primary particle diameter is 35 nm, average secondary particle diameter is 68 nm) before the functional group having an amino group is immobilized on the surface.
  • polishing performance evaluation Using the obtained polishing composition, the polishing rate when the object to be polished was polished under the following polishing conditions was measured.
  • the columns of polishing rates in Tables 1 to 4 show the results of measuring the polishing rates of silicon nitride (SiN), polycrystalline silicon (Poly-Si), or ruthenium (Ru).
  • Polishing conditions Polishing machine Single-side CMP polishing machine for 200 mm Pad: Polyurethane pad Pressure: 2.5 psi (17.2 KPa) Plate rotation speed: 60rpm Carrier rotation speed: 40rpm Flow rate of polishing composition: 100 ml / min Polishing time: 1 minute.
  • the polishing rate was calculated by the following formula.
  • the film thickness was determined by an optical interference film thickness measuring apparatus, and the difference was divided by the polishing time.
  • Ru the film thickness was determined by measuring the sheet resistance by a direct current four-probe method, and the difference was divided by the polishing time.
  • the selectivity (Poly-Si / SiN) obtained by dividing the Poly-Si polishing rate by the SiN polishing rate is preferably 1 or more, and more preferably 5 or more.

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Abstract

本願発明は、下記条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカと、ｐＨ調整剤とを含む研磨用組成物；条件（１）：前記官能基がアミノ基を有する　条件（２）：前記官能基がハロゲノ基を有する　の発明であり、本願発明の研磨用組成物は、Ｓｉ含有材料の研磨レートを十分に制御することができるものである。

Description

研磨用組成物
　本発明は、半導体デバイス製造プロセスにおいて使用される研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法に関する。
　近年、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）法もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線（ダマシン配線）形成において頻繁に利用される技術である。この技術は、例えば、特許文献１に開示されている。
　近年、ＣＭＰは、半導体製造における各工程に適用されてきており、その一態様として、例えばトランジスタ作製におけるゲート形成工程への適用が挙げられる。
　トランジスタ作製の際には、多結晶シリコン（ポリシリコン）やシリコン窒化物（窒化ケイ素）といったＳｉ含有材料を研磨することがあり、各Ｓｉ含有材料の研磨レートを制御することが求められている。例えば、特許文献２には、コロイダルシリカと、スルホン酸基またはホスホン酸基を有する有機酸と、を含有するｐＨ２．５～５の研磨用組成物が開示されている。特許文献２によると、例えば、窒化ケイ素と、ポリシリコン等との異なるＳｉ含有材料を研磨する際に、当該研磨用組成物を用いることにより、窒化ケイ素を含む層の研磨速度を高めることができ、かつ、ポリシリコン、変性ポリシリコン、酸化ケイ素、炭化ケイ素、および酸化炭化ケイ素等のケイ素系化合物を含む層の研磨を選択的に抑制することができる、としている。
米国特許第４９４４８３６号明細書 特開２０１０－０４１０３７号公報
　しかしながら、上記特許文献２に記載の研磨用組成物を以ってしても、Ｓｉ含有材料の研磨レートを十分に制御することができず、さらなる改良が望まれていた。
　そこで本発明は、Ｓｉ含有材料の研磨レートを十分に制御することができる研磨用組成物を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を積み重ねた。その結果、シリカ表面に特定の官能基を固定化することによって、驚くべきことに、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
　すなわち、本発明は、下記条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカと、ｐＨ調整剤とを含む研磨用組成物である；
　条件（１）：前記官能基がアミノ基を有する、
　条件（２）：前記官能基がハロゲノ基を有する。
　本発明によれば、Ｓｉ含有材料の研磨レートを十分に制御することができる研磨用組成物が提供されうる。
　以下、本発明を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。また、本明細書において、範囲を示す「Ｘ～Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温（２０～２５℃）／相対湿度４０～５０％の条件で測定する。
　＜研磨用組成物＞
　本発明の第一は、下記条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカ（以下、「特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカ」または単に「シリカ」とも記す）と、ｐＨ調整剤とを含む研磨用組成物である；
　条件（１）：前記官能基がアミノ基を有する、
　条件（２）：前記官能基がハロゲノ基を有する。
　本発明の研磨用組成物によると、Ｓｉ含有材料の研磨レートを十分に制御することができる。このような効果が奏される詳細な理由は不明であるが、以下のメカニズムによると推測される。
　研磨用組成物に含まれるシリカの表面に固定化されている官能基が条件（１）（官能基がアミノ基を有する）を満たす場合、当該研磨用組成物を用いることによってシリコン窒化物の研磨レートが低減されうる。これは、シリカ表面にアミノ基を有する官能基が固定化されることによって、官能基が固定化されたシリカのゼータ電位は元のシリカと異なる値に変化する。そのゼータ電位は、シリコン窒化物のゼータ電位と同符号となる。その結果、アミノ基を有する官能基が表面に固定化されたシリカとシリコン窒化物とは静電的に反発することとなるため、接触頻度が減少して研磨が抑制されるものと推測される。
　一方、研磨用組成物に含まれるシリカに固定化される官能基が条件（２）（官能基がハロゲノ基を有する）を満たす場合は、シリコン窒化物に対する多結晶シリコンの研磨選択性が向上し得る（すなわち、選択比（＝多結晶シリコンの研磨レート／シリコン窒化物の研磨レート）が大きくなる）。これは、シリカ表面にハロゲノ基を有する官能基が固定化されることによって、研磨対象物である多結晶シリコンとハロゲノ基が求核付加反応を起こし、シリコン原子とハロゲノ基が結合する。それにより、多結晶シリコン中のシリコン原子同士の結合が弱まり、結合が切れやすくなる。その結果、多結晶シリコンの研磨レートが向上するものと推測される。
　一方、シリコン窒化物とハロゲノ基も求核付加反応を起こし、シリコン原子とハロゲノ基が結合するが、シリコン窒化物は強固な結晶であるため、多結晶シリコンほどの高研磨レートを発現させないものと推測される。
　なお、上記のメカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら限定されるものではない。
　［シリカ］
　本発明の研磨用組成物は、条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカを必須に含む。当該シリカは、研磨用組成物において砥粒としての機能を有する。
　本発明のシリカは、条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されていればよい。すなわち、本発明のシリカは、（ｉ）アミノ基を有する官能基のみが表面に固定化されてなる場合；（ｉｉ）ハロゲノ基を有する官能基のみが表面に固定化されてなる場合；（ｉｉｉ）アミノ基およびハロゲノ基を両方有する官能基が表面に固定化されてなる場合；（ｉｖ）アミノ基を有する官能基とハロゲノ基を有する官能基との両方が表面に固定化されてなる場合を包含する。このうち、組成物の安定性の観点から、（ｉ）または（ｉｉ）の場合であることが好ましい。以下では、（ｉ）および（ｉｉ）の場合について説明する。
　官能基が固定化される前の原料となるシリカ（以下、単に「原料シリカ」とも記す）は、特に制限されないが、例えば、フュームドシリカやコロイダルシリカ等が挙げられる。なかでも、研磨用組成物中の砥粒の分散安定性の観点から、コロイダルシリカが好ましい。
　アミノ基を有する官能基が表面に固定化されてなるシリカ（上記（ｉ）の場合）は、アミノ基を有する官能基がシリカ表面に化学的に結合（例えば、共有結合）されてなる。
 
　アミノ基を有する官能基は、特に制限されず、アミノ基のみからなる場合であってもよいし、リンカー構造にアミノ基が結合したものであってもよい。また、後者の場合、１つの官能基は、アミノ基を１つ有していてもよいし、複数有していてもよい。リンカー構造も特に制限されないが、研磨用組成物中の砥粒の分散安定性や反応性の観点から、炭素原子数２～５の直鎖又は分岐の、アルキレン基（－ＣｎＨ２ｎ－）、オキシアルキレン基（－ＯＣｎＨ２ｎ－）、アリーレン基、またはこれらの組み合わせであることが好ましい。アミノ基を有する官能基の具体例としては、後述のシランカップリング剤由来の官能基が挙げられる。
　ハロゲノ基を有する官能基が表面に固定化されてなるシリカ（上記（ｉｉ）の場合）は、ハロゲノ基を有する官能基がシリカ表面に化学的に結合（例えば、共有結合）されてなる。
　ハロゲノ基としては、フルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、ヨード基（－Ｉ）が挙げられる。なかでも、組成物の安全性の観点から、クロロ基、ブロモ基、ヨード基が好ましく、クロロ基、ブロモ基がより好ましい。
　ハロゲノ基を有する官能基は、特に制限されず、ハロゲノ基のみからなる場合であってもよいし、リンカー構造にハロゲノ基が結合したものであってもよい。また、後者の場合、１つの官能基は、ハロゲノ基を１つ有していてもよいし、複数有していてもよく、この場合はハロゲノ基が１種のみであってもよいし、２種以上が組み合わされていても構わない。リンカー構造も特に制限されないが、研磨用組成物中の砥粒の分散安定性や反応性の観点から、炭素原子数２～５の直鎖又は分岐の、アルキレン基（－ＣｎＨ２ｎ－）、オキシアルキレン基（－ＯＣｎＨ２ｎ－）、アリーレン基、またはこれらの組み合わせであることが好ましい。ハロゲノ基を有する官能基の具体例としては、後述のシランカップリング剤由来の官能基が挙げられる。
　シリカは、通常ＳｉＯ２からなる一次粒子が凝集して二次粒子を構成している。本発明の特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカの平均一次粒子径は、好ましくは５ｎｍ以上であり、より好ましくは７ｎｍ以上であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上である。平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨レートが向上する利点がある。
　一方、特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカの平均一次粒子径は、好ましくは１５０ｎｍ以下であり、より好ましくは１２０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１００ｎｍ以下である。平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨した後の研磨対象物の表面にスクラッチが生じるのを抑えることができる利点がある。なお、当該平均一次粒子径の値は、ＢＥＴ法で測定される比表面積に基づいて算出される。
　本発明の特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカの平均二次粒子径は、好ましくは１０ｎｍ以上であり、より好ましくは１５ｎｍ以上であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以上である。平均二次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨レートが向上する利点がある。
　一方、特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカの平均二次粒子径は、好ましくは２００ｎｍ以下であり、より好ましくは１８０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下である。平均二次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨した後の研磨対象物の表面にスクラッチが生じるのを抑えることができる利点がある。なお、当該平均二次粒子径の値は、レーザ光を用いた光散乱法で測定される比表面積に基づいて算出される。
　本発明の特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカは、合成品を用いてもよいし、市販品を用いてもよい。また、特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカは、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用しても構わない。
　［シリカの製造方法］
　本発明の特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカの製造方法は、特に制限されないが、例えば、原料シリカに対して特定の官能基を有するシランカップリング剤を添加し、反応させ、シリカの表面に特定の官能基を結合させることで製造することができる。
　アミノ基を有するシランカップリング剤は、特に制限されないが、具体例としては、例えば、（３－アミノプロピル）トリエトキシシラン、（３－アミノプロピル）トリプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）トリブトキシシラン、などの（アミノプロピル）トリアルコキシシラン、（３－アミノプロピル）メチルジメトキシシラン、（３－アミノプロピル）メチルジエトキシシラン、（３－アミノプロピル）メチルジプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）メチルジブトキシシラン、（３－アミノプロピル）エチルジメトキシシラン、（３－アミノプロピル）プロピルジメトキシシラン、（３－アミノプロピル）ブチルジメトキシシラン、（３－アミノプロピル）エチルジエトキシシラン、（３－アミノプロピル）プロピルジエトキシシラン、（３－アミノプロピル）ブチルジエトキシシラン、（３－アミノプロピル）エチルジプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）プロピルジプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）ブチルジプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）エチルジブトキシシラン、（３－アミノプロピル）プロピルジブトキシシラン、（３－アミノプロピル）ブチルジブトキシシラン、などの（アミノプロピル）アルキルジアルコキシシラン、（３－アミノプロピル）ジメチルメトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジエチルメトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジプロピルメトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジブチルメトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジメチルエトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジエチルエトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジプロピルエトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジブチルエトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジメチルプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）ジエチルプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）ジプロピルプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）ジブチルプロポキシシラン、（３－アミノプロピル）ジメチルブトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジエチルブトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジプロピルブトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジブチルブトキシシラン、などの（アミノプロピル）ジアルキルアルコキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］トリメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］トリエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］トリプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］トリブトキシシラン、などの［（メチルアミノ）プロピル］トリアルコキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］メチルジメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］エチルジメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］プロピルジメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ブチルジメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］メチルジエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］エチルジエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］プロピルジエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ブチルジエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］メチルジプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］エチルジプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］プロピルジプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ブチルジプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］メチルジブトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］エチルジブトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］プロピルジブトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ブチルジブトキシシラン、などの［（メチルアミノ）プロピル］アルキルジアルコキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジメチルメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジエチルメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジプロピルメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジブチルメトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジメチルエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジエチルエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジプロピルエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジブチルエトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジメチルプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジエチルプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジプロピルプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジブチルプロポキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジメチルブトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジエチルブトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジプロピルブトキシシラン、［３－（メチルアミノ）プロピル］ジブチルブトキシシラン、などの［（メチルアミノ）プロピル］ジアルキルアルコキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］トリメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］トリエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］トリプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］トリブトキシシラン、などの［（ジメチルアミノ）プロピル］トリアルコキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］メチルジメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］エチルジメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］プロピルジメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ブチルジメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］メチルジエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］エチルジエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］プロピルジエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ブチルジエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］メチルジプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］エチルジプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］プロピルジプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ブチルジプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］メチルジブトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］エチルジブトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］プロピルジブトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ブチルジブトキシシラン、などの［（ジメチルアミノ）プロピル］アルキルジアルコキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジエチルメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジプロピルメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジブチルメトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジエチルエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジプロピルエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジブチルエトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジエチルプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジプロピルプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジブチルプロポキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルブトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジエチルブトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジプロピルブトキシシラン、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジブチルブトキシシラン、などの［（ジメチルアミノ）プロピル］ジアルキルアルコキシシラン、［３－（トリメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（トリエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（トリプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（トリブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、などの［（トリアルコキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（メチルジメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（エチルジメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（プロピルジメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ブチルジメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（メチルジエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（エチルジエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（プロピルジエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ブチルジエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（メチルジプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（エチルジプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（プロピルジプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ブチルジプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（メチルジブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（エチルジブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（プロピルジブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ブチルジブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、などの［（アルキルジアルコキシシリル）プロピル［トリメチルアンモニウム、［３－（ジメチルメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジエチルメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジプロピルメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジブチルメトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジメチルエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジエチルエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジプロピルエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－［ジブチルエトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジメチルプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジエチルプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジプロピルプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジブチルプロポキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジメチルブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジエチルブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジプロピルブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、［３－（ジブチルブトキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、などの［（ジアルキルアルコキシシリル）プロピル］トリメチルアンモニウム、（３－アミノプロピル）トリクロロシラン、（３－アミノプロピル）トリブロモシラン、などの（３－アミノプロピル）トリハロシラン、［３－（２－アミノエチルアミノ）プロピル］トリメトキシシラン、［３－（６－アミノヘキシルアミノ）プロピル］トリメトキシシラン、などの［（アミノアルキルアミノ）プロピル］トリアルコキシシラン、［３－（２－アミノエチルアミノ）プロピル］メチルジメトキシシラン、［３－（６－アミノヘキシルアミノ）プロピル］メチルジメトキシシラン、などの［（アミノアルキルアミノ）プロピル］アルキルジアルコキシシラン、［３－（２－アミノエチルアミノ）プロピル］ジメチルメトキシシラン、［３－（６－アミノヘキシルアミノ）プロピル］ジメチルメトキシシラン、などの［（アミノアルキルアミノ）プロピル］ジアルキルアルコキシシランが挙げられる。
　これらアミノ基を有するシランカップリング剤の中でも、原料シリカとの反応性および安定性の観点から、（３－アミノプロピル）トリエトキシシラン、（３－アミノプロピル）エチルジエトキシシラン、（３－アミノプロピル）ジエチルエトキシシランが好ましい。
　また、ハロゲノ基を有するシランカップリング剤は、特に制限されない。クロロ基を有するシランカップリング剤の具体例としては、例えば、（３－クロロプロピル）トリメトキシシラン、（３－クロロプロピル）トリエトキシシラン、（３－クロロプロピル）トリプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）トリブトキシシラン、などの（クロロプロピル）トリアルコキシシラン、（３－クロロプロピル）メチルジメトキシシラン、（３－クロロプロピル）メチルジエトキシシラン、（３－クロロプロピル）メチルジプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）メチルジブトキシシラン、（３－クロロプロピル）エチルジメトキシシラン、（３－クロロプロピル）エチルジエトキシシラン、（３－クロロプロピル）エチルジプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）エチルジブトキシシラン、（３－クロロプロピル）プロピルジメトキシシラン、（３－クロロプロピル）プロピルジエトキシシラン、（３－クロロプロピル）プロピルジプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）プロピルジブトキシシラン、（３－クロロプロピル）ブチルジメトキシシラン、（３－クロロプロピル）ブチルジエトキシシラン、（３－クロロプロピル）ブチルジプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）ブチルジブトキシシラン、などの（クロロプロピル）アルキルジアルコキシシラン、（３－クロロプロピル）ジメチルメトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジエチルメトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジプロピルメトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジブチルメトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジメチルエトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジエチルエトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジプロピルエトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジブチルエトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジメチルプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）ジエチルプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）ジプロピルプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）ジブチルプロポキシシラン、（３－クロロプロピル）ジメチルブトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジエチルブトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジプロピルブトキシシラン、（３－クロロプロピル）ジブチルブトキシシラン、などの（クロロプロピル）ジアルキルアルコキシシラン、（３－クロロプロピル）トリクロロシラン、（３－クロロプロピル）トリブロモシラン、などの（３－クロロプロピル）トリハロシラン、（３－クロロフェニル）トリメトキシシラン、（４－クロロフェニル）トリメトキシシラン、（３－クロロフェニル）トリエトキシシラン、（４－クロロフェニル）トリエトキシシラン、（３－クロロフェニル）トリプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）トリプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）トリブトキシシラン、（４－クロロフェニル）トリブトキシシラン、などの（クロロフェニル）トリアルコキシシラン、（３－クロロフェニル）メチルジメトキシシラン、（４－クロロフェニル）メチルジメトキシシラン、（３－クロロフェニル）メチルジエトキシシラン、（４－クロロフェニル）メチルジエトキシシラン、（３－クロロフェニル）メチルジプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）メチルジプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）メチルジブトキシシラン、（４－クロロフェニル）メチルジブトキシシラン、（３－クロロフェニル）エチルジメトキシシラン、（４－クロロフェニル）エチルジメトキシシラン、（３－クロロフェニル）エチルジエトキシシラン、（４－クロロフェニル）エチルジエトキシシラン、（３－クロロフェニル）エチルジプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）エチルジプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）エチルジブトキシシラン、（４－クロロフェニル）エチルジブトキシシラン、（３－クロロフェニル）プロピルジメトキシシラン、（４－クロロフェニル）プロピルジメトキシシラン、（３－クロロフェニル）プロピルジエトキシシラン、（４－クロロフェニル）プロピルジエトキシシラン、（３－クロロフェニル）プロピルジプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）プロピルジプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）プロピルジブトキシシラン、（４－クロロフェニル）プロピルジブトキシシラン、（３－クロロフェニル）ブチルジメトキシシラン、（４－クロロフェニル）ブチルジメトキシシラン、（３－クロロフェニル）ブチルジエトキシシラン、（４－クロロフェニル）ブチルジエトキシシラン、（３－クロロフェニル）ブチルジプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）ブチルジプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）ブチルジブトキシシラン、（４－クロロフェニル）ブチルジブトキシシラン、などの（クロロフェニル）アルキルジアルコキシシラン、（３－クロロフェニル）ジメチルメトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジメチルメトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジエチルメトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジエチルメトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジプロピルメトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジプロピルメトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジブチルメトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジブチルメトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジメチルエトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジメチルエトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジエチルエトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジエチルエトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジプロピルエトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジプロピルエトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジブチルエトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジブチルエトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジメチルプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）ジメチルプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）ジエチルプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）ジエチルプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）ジプロピルプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）ジプロピルプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）ジブチルプロポキシシラン、（４－クロロフェニル）ジブチルプロポキシシラン、（３－クロロフェニル）ジメチルブトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジメチルブトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジエチルブトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジエチルブトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジプロピルブトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジプロピルブトキシシラン、（３－クロロフェニル）ジブチルブトキシシラン、（４－クロロフェニル）ジブチルブトキシシラン、などの（クロロフェニル）ジアルキルアルコキシシラン、（３－クロロフェニル）トリクロロシラン、（４－クロロフェニル）トリクロロシラン、（３－クロロフェニル）トリブロモシラン、（４－クロロフェニル）トリブロモシラン、などの（クロロフェニル）トリハロシラン、が挙げられる。
　また、ブロモ基を有するシランカップリング剤の具体例としては、例えば、（３－ブロモプロピル）トリメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）トリエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）トリプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）トリブトキシシラン、などの（ブロモプロピル）トリアルコキシシラン、（３－ブロモプロピル）メチルジメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）メチルジエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）メチルジプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）メチルジブトキシシラン、（３－ブロモプロピル）エチルジメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）エチルジエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）エチルジプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）エチルジブトキシシラン、（３－ブロモプロピル）プロピルジメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）プロピルジエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）プロピルジプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）プロピルジブトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ブチルジメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ブチルジエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ブチルジプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）ブチルジブトキシシラン、などの（ブロモプロピル）アルキルジアルコキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジメチルメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジエチルメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジプロピルメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジブチルメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジメチルエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジエチルエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジプロピルエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジブチルエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジメチルプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジエチルプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジプロピルプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジブチルプロポキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジメチルブトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジエチルブトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジプロピルブトキシシラン、（３－ブロモプロピル）ジブチルブトキシシラン、などの（ブロモプロピル）ジアルキルアルコキシシラン、（３－ブロモプロピル）トリクロロシラン、（３－ブロモプロピル）トリブロモシラン、などの（ブロモプロピル）トリハロシラン、（３－ブロモフェニル）トリメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）トリメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）トリエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）トリエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）トリプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）トリプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）トリブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）トリブトキシシラン、などの（ブロモフェニル）トリアルコキシシラン、（３－ブロモフェニル）メチルジメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）メチルジメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）メチルジエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）メチルジエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）メチルジプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）メチルジプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）メチルジブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）メチルジブトキシシラン、（３－ブロモフェニル）エチルジメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）エチルジメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）エチルジエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）エチルジエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）エチルジプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）エチルジプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）エチルジブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）エチルジブトキシシラン、（３－ブロモフェニル）プロピルジメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）プロピルジメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）プロピルジエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）プロピルジエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）プロピルジプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）プロピルジプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）プロピルジブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）プロピルジブトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ブチルジメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ブチルジメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ブチルジエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ブチルジエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ブチルジプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）ブチルジプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）ブチルジブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ブチルジブトキシシラン、などの（ブロモフェニル）アルキルジアルコキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジメチルメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジメチルメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジメチルエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジメチルエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジメチルプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジメチルプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジメチルブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジメチルブトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジエチルメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジエチルメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジエチルエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジエチルエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジエチルプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジエチルプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジエチルブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジエチルブトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジプロピルメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジプロピルメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジプロピルエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジプロピルエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジプロピルプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジプロピルプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジプロピルブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジプロピルブトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジブチルメトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジブチルメトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジブチルエトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジブチルエトキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジブチルプロポキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジブチルプロポキシシラン、（３－ブロモフェニル）ジブチルブトキシシラン、（４－ブロモフェニル）ジブチルブトキシシラン、などの（ブロモフェニル）ジアルキルアルコキシシラン、（３－ブロモフェニル）トリクロロシラン、（４－ブロモフェニル）トリクロロシラン、（３－ブロモフェニル）トリブロモシラン、（４－ブロモフェニル）トリブロモシラン、などの（ブロモフェニル）トリハロシラン、が挙げられる。
　フルオロ基またはヨード基を有するシランカップリング剤については、上記のクロロ基またはブロモ基を有するシランカップリング剤の具体例として挙げた化合物中の塩素原子またはブロモ原子を、それぞれフッ素原子またはヨウ素原子へと置き換えたシランカップリング剤を使用することができる。
　これらハロゲノ基を有するシランカップリング剤の中でも、原料シリカとの反応性および安定性の観点から、（３－クロロプロピル）トリメトキシシラン、（３－クロロプロピル）トリエトキシシラン、（３－ブロモプロピル）トリメトキシシラン、（３－ブロモプロピル）トリエトキシシランが好ましい。
　なお、上記シランカップリング剤は、単独でもまたは２種以上を併用してもよい。
　上記シランカップリング剤は市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。例えば、アミノ基を有するシランカップリング剤を合成する方法は、特に制限されず、例えば、（３－ブロモプロピル）トリメトキシシラン等のハロゲン含有シラン化合物と、上記アミノ基を有する化合物とを、硫酸等の酸触媒存在下、トルエン、キシレン等の溶媒中で反応させる公知の方法が挙げられる。
　原料シリカとシランカップリング剤との合成反応に用いられる溶媒としては、特に制限されず、例えば、水や、その他にも有機溶媒としてメタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類等が挙げられる。この中で好ましくは有機溶媒である。これら溶媒は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。
　例えば、水分散のコロイダルシリカにシランカップリング剤を添加する場合は、シランカップリング剤が溶解する程度に親水性溶媒を加えることが好ましい。親水性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコールが挙げられる、この中でも、シランカップリング剤の加水分解により生成するアルコールと同種のアルコールを用いることが好ましい。これは、シランカップリング剤の加水分解により生成するアルコールと同種のアルコールを用いることにより、より容易に溶媒の回収、再利用を行うことができるからである。
　合成反応の際のシランカップリング剤の使用量の下限は、含有されるシリカのモル数（ＳｉＯ２を１分子とした場合のモル数）を１００モル％として、０．１モル％以上であることが好ましく、１モル％以上であることがより好ましく、１０モル％以上であることがさらに好ましい。合成反応の際のシランカップリング剤の使用量の上限は、原料シリカのモル数を１００モル％として、９０モル％以下であることが好ましく、８５モル％以下であることがより好ましく、８０モル％以下であることがさらに好ましい。この範囲であれば、酸性におけるゼータ電位が十分安定し、また、経時的に原料シリカがゲル化することを防止することができる。
　なお、コロイダルシリカなどのコロイド状のシリカを原料として用いる場合、シリカ１９５ｇに対して、シランカップリング剤を５ｍｍｏｌを添加することで作成できる。シランカップリング剤の添加量はシリカ１９５ｇに対して３ｍｍｏｌ～１５ｍｍｏｌであることが好ましい。
　合成反応の際の雰囲気は特に限定されず、空気雰囲気下、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、または真空下などで行うことができる。
　合成反応時のｐＨも、特に制限されないが、７以上１１以下が好ましい。この範囲であれば、シランカップリング剤が原料シリカと効率よく反応し、シランカップリング剤同士が自己縮合する虞を低減することができる。
　反応温度の下限は、特に制限されないが、５℃以上であることが好ましく、７℃以上であることがより好ましく、１０℃以上であることがさらに好ましい。また、反応温度の上限は、特に制限されないが、１００℃以下であることが好ましく、９５℃以下であることがより好ましく、９０℃以下であることがさらに好ましい。この範囲であれば、シランカップリング剤を効率よく原料シリカと反応させることができる。
　反応時間の下限は、特に制限されないが、１時間以上であることが好ましく、２時間以上であることがより好ましく、３時間以上であることがさらに好ましい。この範囲であれば、シランカップリング剤を効率よく原料シリカと反応させることができる。なお、反応時間の上限も特に制限されないが、作業性の観点から、通常２４時間以下である。
　なお、該合成反応は、１段階で行ってもよく、また、反応温度を変えて２段階で行ってもよい。
　反応終了後、ロータリーエバポレータ等を用いて反応溶媒を減圧留去することにより、目的の特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカを得ることができる。
　研磨用組成物中のシリカの含有量は、特に制限されないが、好ましくは０．０５質量％以上であり、より好ましくは０．１質量％以上であり、さらに好ましくは０．５質量％以上である。シリカの含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨レートが向上する利点がある。
　また、研磨用組成物中のシリカの含有量は、特に制限されないが、好ましくは５０質量％以下であり、より好ましくは２５質量％以下であり、さらに好ましくは２０質量％以下である。シリカの含有量が少なくなるにつれて、製造コストを削減することができる。
　［ｐＨ調整剤］
　本発明の研磨用組成物は、ｐＨを所望の値に調整するために、ｐＨ調整剤を含む。ｐＨ調整剤としては、下記のような酸またはアルカリが挙げられる。
　本発明の研磨用組成物において、ｐＨ調整剤は、酸およびアルカリのいずれであってもよく、また、無機化合物および有機化合物のいずれであってもよい。酸の具体例としては、例えば、硫酸、硝酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸およびリン酸等の無機酸；ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２－メチル酪酸、ｎ－ヘキサン酸、３，３－ジメチル酪酸、２－エチル酪酸、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、クエン酸および乳酸などのカルボン酸、ならびにメタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびイセチオン酸等の有機硫酸等の有機酸等が挙げられる。アルカリの具体例としては、アンモニア、エチレンジアミンおよびピペラジンなどのアミン、ならびにテトラメチルアンモニウムおよびテトラエチルアンモニウムなどの第４級アンモニウム塩、水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウムなどの金属水酸化物が挙げられる。これらｐＨ調節剤は、単独でもまたは２種以上混合しても用いることができる。
　これらｐＨ調整剤の中でも、組成物の安定性の観点から、無機酸または金属水酸化物が好ましく、硝酸、硫酸、水酸化カリウムがより好ましい。
　本発明の研磨用組成物のｐＨは、好ましくは０．５以上であり、より好ましくは１以上であり、さらに好ましくは２以上である。ｐＨが上昇するにつれ、取扱いが容易になるという利点がある。
　本発明の研磨用組成物のｐＨは、好ましくは１２以下であり、より好ましくは１１．５以下であり、さらに好ましくは１１以下である。ｐＨが低下するにつれシリカの溶解を抑制できるという利点がある。
　研磨用組成物中のｐＨ調整剤の含有量は、特に制限されず、上記ｐＨの範囲となるように含有量を適宜選択すればよい。
　［分散媒または溶媒］
　本発明の研磨用組成物は、分散媒または溶媒を含有してもよい。分散媒または溶媒としては有機溶媒、水が考えられるが、その中でも水を含むことが好ましい。他の成分の作用を阻害するという観点から、不純物をできる限り含有しない水が好ましい。具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後フィルタを通して異物を除去した純水や超純水、または蒸留水が好ましい。
　［他の成分］
　本発明の研磨用組成物は、必要に応じて、上述の特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカ以外の砥粒（以下、「その他の砥粒」とも称する）、錯化剤、金属防食剤、防腐剤、防カビ剤、酸化剤、還元剤、界面活性剤等の他の成分をさらに含んでもよい。以下、その他の砥粒、酸化剤、防腐剤、防カビ剤について説明する。
　（その他の砥粒）
　上記シリカ以外の砥粒は、無機粒子、有機粒子、および有機無機複合粒子のいずれであってもよい。無機粒子の具体例としては、例えばシリカ（ただし、上述の特定の官能基が表面に固定化されたものを除く）、アルミナ、セリア、チタニア等の金属酸化物からなる粒子、窒化ケイ素粒子、炭化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子が挙げられる。有機粒子の具体例としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）粒子が挙げられる。その他の砥粒は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。また、その他の砥粒は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。
　（酸化剤）
　酸化剤は、研磨対象物の表面を酸化し、研磨用組成物による研磨対象物の研磨レートを向上させる。
　酸化剤としては、例えば過酸化物が挙げられる。過酸化物の具体例としては、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素、過塩素酸及び過ヨウ素酸等の過ハロゲン酸、ならびに過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩が挙げられる。これら酸化剤は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。中でも研磨対象物表面との反応性の観点から、過硫酸塩および過酸化水素が好ましく、過酸化水素が特に好ましい。
　研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．１質量％以上であり、さらに好ましくは０．３質量％以上である。酸化剤の含有量が多くになるにつれて、研磨対象物の研磨レートがより向上する。
　また、研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、好ましくは２０質量％以下であり、より好ましくは１０質量％以下であり、さらに好ましくは４質量％以下である。酸化剤の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の材料コストを抑えることができるのに加え、研磨使用後の研磨用組成物の処理、すなわち廃液処理の負荷を軽減することができる。また、酸化剤による研磨対象物表面の過剰な酸化が起こる虞を少なくすることもできる。
　（防腐剤または防カビ剤）
　防腐剤または防カビ剤としては、例えば、２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンや５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン等のイソチアゾリン系防腐剤、パラオキシ安息香酸エステル類、及びフェノキシエタノール等が挙げられる。これら防腐剤または防カビ剤は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。
　本発明の研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型をはじめとする多液型であってもよい。また、本発明の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水などの希釈液を使って例えば１０倍以上に希釈することによって調整し使用されてもよい。
　＜研磨用組成物の製造方法＞
　本発明の研磨用組成物の製造方法は、特に制限されず、例えば、特定の官能基が表面に固定化されてなるシリカ、ｐＨ調整剤、および必要に応じて他の成分を、攪拌混合して得ることができる。すなわち、本発明の他の一形態に係る研磨用組成物の製造方法は、下記条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカと、ｐＨ調整剤とを混合することを含む；条件（１）：前記官能基がアミノ基を有する、条件（２）：前記官能基がハロゲノ基を有する。
　各成分を混合する際の温度は特に制限されないが、１０～４０℃が好ましく、溶解速度を上げるために加熱してもよい。
　＜研磨用組成物の用途＞
　本発明の研磨用組成物は、Ｓｉ含有材料を含む層を有する研磨対象物を研磨するのに好適である。Ｓｉ含有材料としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、シリコン酸化物、およびシリコン窒化物といったものが挙げられるが、中でも、本発明の効果がより効率的に得られるという観点から、Ｓｉ含有材料は、多結晶シリコンまたはシリコン窒化物を含むことが好ましく、シリコン窒化物を含むことがより好ましく、多結晶シリコンおよびシリコン窒化物を含むことがさらに好ましい。
　また本発明の研磨用組成物は、特に、条件（１）（官能基がアミノ基を有する）を満たす場合において、貴金属を含む層を有する研磨対象物を研磨するのに好適である。貴金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびオスミウム（Ｏｓ）といったものが挙げられる。中でも、これまで高い研磨レートを発現することができなかった、ルテニウム（ルテニウム単体、ルテニウム合金及びルテニウム化合物を含む）であることが好ましい。
　現在、高速ロジックデバイスにおけるダマシン配線には、銅が配線金属として主に用いられている。そして、銅あるいは銅合金等からなる配線の下層には、層間絶縁膜中への銅拡散防止のために、タンタル、タンタル合金、またはタンタル化合物等からなるバリア層が形成されることが多かったが、近年、バリア層の材料として、ルテニウム、ルテニウム合金、またはルテニウム化合物が検討されている。ルテニウム、ルテニウム合金、またはルテニウム化合物は、タンタル、タンタル合金、またはタンタル化合物に比べ抵抗率が低く、化学的気相成長（ＣＶＤ）製膜が可能でより細幅配線に対応可能な点で優れている。しかし、ルテニウム、ルテニウム合金、またはルテニウム化合物は銅のような他のダマシン配線金属膜よりも化学的に安定かつ硬度が高いことから研磨が難しいという問題点があった。例えば、特開２００８－０３４８１８号公報にルテニウム膜研磨用組成物について開示されているが、研磨レートとしてはまだ十分ではなかった。
　本発明の研磨用組成物を用いることにより、ルテニウム、ルテニウム合金及びルテニウム化合物を研磨する際には高研磨レートを発現させることができる詳細な理由は不明であるが、以下のメカニズムによると推測される。なお、本発明は以下のメカニズムに何ら制限されるものではない。
　シリカ表面にアミノ基を有する官能基が固定化されることによって、研磨対象物であるルテニウムとアミノ基とが求核付加反応を起こし、ルテニウムとアミノ基とが結合する。するとルテニウム同士の金属結合が弱まり、結合が切れやすくなる。その結果、高い研磨レートが発現するものと推測される。
　本発明の研磨用組成物は、上記研磨対象物を含む被研磨材料以外の研磨に用いられてもよい。このような被研磨材料の例としては、基板に形成されたガラス等の無機絶縁層、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ等を主成分として含有する層、フォトマスク・レンズ・プリズム等の光学ガラス、ＩＴＯ等の無機導電層、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波路、光ファイバーの端面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザＬＥＤ用サファイヤ基板、ＧａＰ、ＧａＡｓ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等が挙げられる。
　＜研磨方法、基板の製造方法＞
　本発明の一形態によると、研磨対象物を有する被研磨材料を上記研磨用組成物を用いて研磨する工程を含む研磨方法が提供される。また、本発明の他の一形態によると、上記研磨方法で研磨する工程を含む、基板の製造方法が提供される。
　本発明の研磨用組成物を用いて、被研磨材料を研磨する際には、通常の金属研磨に用いられる装置や条件を用いて行うことができる。一般的な研磨装置としては、片面研磨装置や両面研磨装置がある。片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、上方より研磨用組成物を供給しながら、基板の対向面に研磨パッドが貼付した定盤を押し付けて定盤を回転させることにより被研磨材料の片面を研磨する。このとき、研磨パッドおよび研磨用組成物と、被研磨材料との摩擦による物理的作用と、研磨用組成物が被研磨材料にもたらす化学的作用とによって研磨される。研磨パッドとしては、不織布、ポリウレタン、スウェード等の多孔質体を特に制限なく使用することができる。研磨パッドには、研磨液が溜まるような加工が施されていることが好ましい。
　本発明の研磨方法における研磨条件として、研磨荷重、定盤回転数、キャリア回転数、研磨用組成物の流量、研磨時間が挙げられる。これらの研磨条件に特に制限はないが、例えば、研磨荷重については、基板の単位面積当たり０．１ｐｓｉ以上１０ｐｓｉ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５以上８．０ｐｓｉ以下であり、さらに好ましくは１．０ｐｓｉ以上６．０ｐｓｉ以下である（この際、１ｐｓｉ＝６８９４．７５７Ｐａとして換算する）。一般に荷重が高くなればなるほど砥粒による摩擦力が高くなり、機械的な加工力が向上するため研磨レートが上昇する。この範囲であれば、十分な研磨レートが発揮され、荷重による基板の破損や、表面に傷などの欠陥が発生することを抑制することができる。定盤回転数、およびキャリア回転数は、１０～５００ｒｐｍであることが好ましい。研磨用組成物の供給量は、被研磨材料の基盤全体が覆われる供給量であればよく、基板の大きさなどの条件に応じて調整すればよい。
　本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
　［実施例１～５、比較例１～３］
　（アミノ基を有する官能基が表面に固定されてなるシリカ（シリカＡ）の合成）
　原料シリカとして、コロイダルシリカ水溶液１０００ｇ（濃度１９．５質量％、平均一次粒子径が３５ｎｍ、平均二次粒子径が６８ｎｍ）を準備した。別途、シランカップリング剤である（３－アミノプロピル）トリエトキシシランを５ｍｍｏｌ（１．１２ｇ）秤量し、メタノール５０ｇに溶解させた。
　コロイダルシリカ水溶液を空気雰囲気下、２５℃で、攪拌翼の回転数６００ｒｐｍで攪拌しながら、上記シランカップリング剤のメタノール溶液を、１ｍｌ／ｍｉｎの速度で滴下した。滴下後、溶液のｐＨが８．０～９．０になるように、ｐＨ調整剤（ＫＯＨ）を用いてｐＨを調整した。
　ｐＨ調整後、溶液を４０℃のエアバスで８時間静置し、その後、６０℃のエアバスで１２時間静置した。その後、ロータリー式エバポレータにて、メタノールを取り除き、シリカＡを得た。
　得られたシリカＡについて、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析を行うことにより、原料シリカとアミノ基を有する官能基とを結合するＳｉ－Ｏ－Ｓｉの化学結合が形成されていることを確認した。さらに、得られたシリカＡについて、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）分析を行うことにより、アミノ基を有していることを確認した。したがって、この２つの分析方法により、シリカＡは、シリカの表面にアミノ基を有する官能基が固定化されてなることを確認した。
　（ハロゲノ基を有する官能基が表面に固定されてなるシリカ（シリカＣ）の合成）
　原料シリカとして、コロイダルシリカ水溶液１０００ｇ（濃度１９．５質量％、平均一次粒子径が３５ｎｍ、平均二次粒子径が６８ｎｍ）を準備した。別途、シランカップリング剤である（３－ブロモプロピル）トリメトキシシランを５ｍｍｏｌ（１．２２ｇ）秤量し、メタノール５０ｇに溶解させた。
　コロイダルシリカ水溶液を空気雰囲気下、２５℃で、攪拌翼の回転数６００ｒｐｍで攪拌しながら、上記シランカップリング剤のメタノール溶液を、１ｍｌ／ｍｉｎの速度で滴下した。滴下後、溶液のｐＨが８．０～９．０になるように、ｐＨ調整剤（ＫＯＨ）を用いてｐＨを調整した。
　ｐＨ調整後、溶液を４０℃のエアバスで８時間静置し、その後、６０℃のエアバスで１２時間静置した。その後、ロータリー式エバポレータにて、メタノールを取り除き、シリカＣを得た。
　得られたシリカＣについて、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析を行うことにより、原料シリカとハロゲノ基を有する官能基とを結合するＳｉ－Ｏ－Ｓｉの化学結合が形成されていることを確認した。さらに、得られたシリカＣについて、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）分析を行うことにより、ハロゲノ基を有していることを確認した。したがって、この２つの分析方法により、シリカＣは、シリカの表面にハロゲノ基を有する官能基が固定化されなることを確認した。
　（研磨用組成物の調製）
　研磨用組成物を、下記表１～４に示す組成で、砥粒（シリカ）、ｐＨ調整剤、酸化剤を超純水中で混合することにより調製した（混合温度：約２５℃、混合時間：約１０分）。研磨用組成物のｐＨは、ｐＨメータにより確認した。表中の「―」は未添加であることを示す。
　なお、表１～４に示すシリカＢはアミノ基を有する官能基が表面に固定化される前の原料シリカ（コロイダルシリカ；平均一次粒子径が３５ｎｍ、平均二次粒子径が６８ｎｍ）である。
　（研磨性能評価）
　得られた研磨用組成物を用い、研磨対象物を以下の研磨条件で研磨した際の研磨レートを測定した。
　なお、表１～４の研磨レートの欄は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）またはルテニウム（Ｒｕ）の研磨レートを測定した結果を示す。
　・研磨条件
　研磨機：　２００ｍｍ用片面ＣＭＰ研磨機
　パッド：　ポリウレタン製パッド
　圧力：　２．５ｐｓｉ（１７．２ＫＰａ）
　定盤回転数：　６０ｒｐｍ
　キャリア回転数：　４０ｒｐｍ
　研磨用組成物の流量：　１００ｍｌ／ｍｉｎ
　研磨時間：１分間。
　研磨レートは、以下の式により計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ＳｉＮ及びＰｏｌｙ－Ｓｉについては膜厚を光干渉式膜厚測定装置によって求めて、その差を研磨時間で除することにより評価した。Ｒｕについては膜厚を直流４探針法によるシート抵抗の測定から求めて、その差を研磨時間で除することにより評価した。
　研磨レートの測定結果を下記表１～４に示す。なお、本発明においては、Ｐｏｌｙ－Ｓｉの研磨レートをＳｉＮの研磨レートで除した選択比（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ／ＳｉＮ）が１以上であることが好ましく、さらに５以上であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　上記表１の研磨レートの結果から明らかなように、実施例１と比較例１を比べると、実施例１においてＳｉＮに対する研磨レートが抑制されていること確認された。特に、実施例１では、ＳｉＮに対するＰｏｌｙ－Ｓｉの研磨選択性が高い（選択比＝８．８）ことが示された。同様に、上記表４の研磨レートの結果から明らかなように、実施例４および５と比較例１および３を比べると、実施例４および５の方がＳｉＮに対するＰｏｌｙ－Ｓｉの研磨選択性が高いことが確認された。したがって、本発明の研磨用組成物によると、Ｓｉ含有材料の研磨レートを十分に制御することができることが示された。
　また、上記表２の研磨レートの結果から、実施例２と比較例２を比べると、実施例２においてＲｕの研磨レートが上昇していることが確認された。さらに、上記表３の研磨レートの結果から、実施例３と比較例３を比べると、実施例３においてＲｕの研磨レートが上昇していることが確認された。したがって、本発明の研磨用組成物は、ルテニウムを研磨する際には高研磨レートを発現させることができることが示された。

Claims (9)

  1. 　下記条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカと、ｐＨ調整剤とを含む研磨用組成物；
    　条件（１）：前記官能基がアミノ基を有する、
    　条件（２）：前記官能基がハロゲノ基を有する。
  2. 　前記条件（２）を満たす場合において、前記ハロゲノ基がフルオロ基、クロロ基、ブロモ基、およびヨード基からなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載の研磨用組成物。
  3. 　Ｓｉ含有材料を含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される、請求項１または２に記載の研磨用組成物。
  4. 　前記Ｓｉ含有材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコン酸化物、およびシリコン窒化物からなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項３記載の研磨用組成物。
  5. 　前記条件（１）を満たす場合において、貴金属を含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される、請求項１に記載の研磨用組成物。
  6. 　前記貴金属が、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、およびオスミウムからなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項５記載の研磨用組成物
  7. 　研磨対象物を有する被研磨材料を請求項１～６のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて研磨する工程を含む、研磨方法。
  8. 　請求項７に記載の研磨方法で研磨する工程を含む、基板の製造方法。
  9. 　下記条件（１）および（２）の少なくとも１つを満たす官能基が表面に固定化されてなるシリカと、ｐＨ調整剤とを混合することを含む研磨用組成物の製造方法；
    　条件（１）：前記官能基がアミノ基を有する、
    　条件（２）：前記官能基がハロゲノ基を有する。
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