DE10304894B4

DE10304894B4 - Poliermittel und Polierverfahren mit diesem Poliermittel

Info

Publication number: DE10304894B4
Application number: DE2003104894
Authority: DE
Inventors: Guido Dipl.-Chem. Dr. Wenski; Thomas Dipl.-Ing. Altmann (FH); Gerhard Heier; Gregor Dipl.-Ing. Hölker (FH)
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE10304894A1

Abstract

Poliermittel, enthaltend als Bestandteile
(a) Wasser,
(b) Abrasivstoff und/oder Kolloid und
(c) ein Disuccinat der Formel

Description

Die Erfindung betrifft ein Poliermittel und ein kostengünstiges Verfahren zur Politur von Halbleiterscheiben mit diesem Poliermittel.
Verfahren zur Politur von Halbleiterscheiben sind bekannt. Die Halbleiterscheiben werden dabei über einen mit Poliertuch bedeckten Polierteller bewegt, wobei ein Poliermittel zugeführt wird. Das Poliermittel enthält Abrasivstoffe oder Kolloide und ist – je nach Anwendungsbereich – sauer, neutral oder alkalisch. Die Halbleiterscheibe, beispielsweise eine Halbleiterscheibe aus Silicium, ist unbedeckt oder mit natürlichem Oxid von 1 bis 1,5 nm Dicke bedeckt oder im Falle der Fertigung elektronischer Bauelemente zumindest teilweise mit künstlich aufgebrachten Schichten und/oder Strukturen bedeckt. Für die Durchführung der Politur als chemisch-mechanische Politur kommen vielfach alkalische Suspensionen auf Kieselsäurenbasis beispielsweise gemäß der DE 198 17 087 A1 und der DE 100 63 488 A1 zum Einsatz, die mit einer Fülle weiterer Abrasivstoffe versetzt sein können.
Das Niveau an Metallkontamination spielt in den meisten Fällen eine bedeutende Rolle, da bei Überschreiten kritischer Grenzen eine Vielzahl negativer Effekte im Bauelemente-Herstellungsprozess hervorgerufen wird, was zwangsläufig mit Ausbeuteverlusten verbunden ist. Eine Sonderstellung nimmt Kupfer ein, das bereits bei Raumtemperatur in eine nicht durch das natürliche Oxid geschützte Siliciumoberfläche eindringt, beispielweise während der Politur. Bei der Politur von Halbleiterscheiben im Rahmen der Bauelementefertigung wird heute teilweise bewusst Kupfer beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Leiterbahnen eingesetzt.
Daher wurden Poliermittel entwickelt, die unerwünschte Kupferspuren bei der Politur unbedeckter Halbleiterscheiben oder durch die Politur aus Bauelementeschichten oder -strukturen freigesetztes Kupfer binden und somit dem Gleichgewicht ent ziehen. Dies gelingt gemäß der WO 01/06553 A1 durch die Bildung schwer löslicher Kupferverbindungen. Eine andere Strategie ist der Einsatz von Chelatbildnern (englisch "chelating agents"), die beispielsweise in US 5,366,542 , US 2002/0124474 A1, JP 2001 077 063 A , JP 2001 176 826 A und EP 1,229,094 A1 beansprucht sind. Derartige Chelatbildner sind multifunktionale organische Moleküle, die mit mindestens zwei über ein freies Elektronenpaar verfügenden Koordinationsstellen Käfigverbindungen (Chelate) mit Metallionen, beispielsweise positiv geladenem Kupfer (Cu²⁺) bilden und damit ebenfalls zur Kupferbindung beitragen. Effektive Chelatbildner sind Essigsäurederivate wie Iminodiacetat (IDA), Ethylendiamintetraacetat (EDTA) und Diethylentriaminpentaacetat (DTPA), die in der Regel in Form ihrer technisch leicht zugänglichen Natriumsalze eingesetzt werden, beispielsweise Na₂IDA, Na₄EDTA und Na₅DTPA.
Nachteil der in Poliermitteln nach dem Stand der Technik enthaltenen Chelatbildnern mit Acetatgruppen ist, dass sie in der biologischen Abwasseraufbereitung nur schwer abbaubar sind und entweder zu ökologischen Schäden führen oder in kostenintensiven zusätzlichen Abwasserbehandlungsverfahren wie Oxidation mit Ozon oder Verbrennung eliminiert werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Poliermittel bereitzustellen, das für die Politur von Halbleiterscheiben geeignet ist und einen Chelatbildner enthält, der eine hohe Komplexierungsfähigkeit für Kupferionen besitzt und gleichzeitig nicht zu Problemen in der biologischen Abwasseraufbereitung führt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Poliermittel, das als Bestandteile

(a) Wasser,
(b) Abrasivstoff und/oder Kolloid und
(c) ein Disuccinat der Formel

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer Kante, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein derartiges Poliermittel verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Poliermittel besitzt eine mit Poliermitteln nach dem Stand der Technik, die umweltproblematische Chelatbildner beispielsweise auf Acetatbasis enthalten, vergleichbare Komplexierungsfähigkeit für Metallionen, beispielsweise für Kupferionen. Es unterscheidet sich dadurch, dass durch die leichte biologische Abbaubarkeit des Bestandteils (c) zusätzliche Kosten für eine aufwändige Abwasseraufbereitung wie Oxidation mit Ozon oder Verbrennung verzichtbar sind, wenn mit einem solchen Poliermittel poliert wird.
Nachfolgend sind die Bestandteile des erfindungsgemäßen Poliermittels und dessen Verwendung in der Politur von Halbleiterscheiben näher beschrieben.
Bestandteil (a): Wasser
Aus vielfachen Gründen prinzipieller, technologischer und ökologischer Natur sowie dem Kostenfaktor wird Wasser als Fluid beziehungsweise Trägermedium für die Inhaltsstoffe des Poliermittels gewählt. Bevorzugt ist durch Destillation, Entsalzung, Umkehrosmose, Filtration und/oder vergleichbare Verfahren gereinigtes Wasser. Besonders bevorzugt ist Reinstwasser mit einer Leitfähigkeit von 18 (MΩ·cm)^–1. Wasser liegt bevorzugt in einem Anteil von größer 45 Masse-% und besonders bevorzugt in einem Anteil von 84 bis 99,8 Masse-% im erfindungsgemäßen Poliermittel vor.
Bestandteil (b): Abrasivstoff und/oder Kolloid
Hierzu eignet sich eine Vielzahl wässeriger Suspensionen von Abrasivstoffen oder wässeriger Sole beziehungsweise Kolloide mit definierter Korngrößenverteilung, die je nach Anwendungszweck im Nanometer- bis Mikrometerbereich liegen kann. Als Feststoffe lassen sich dabei beispielsweise SiO₂, TiO₂, ZrO₂, CeO₂, SnO₂, Al₂O₃, Si₃N₄ und/oder SiC einsetzen. Im Rahmen der Politur von Halbleiterscheiben insbesoridere aus Silicium ist als Bestandteil (b) Kieselsäure in einem Anteil von 0,05 bis 50 Masse-%, bezogen auf SiO₂, bevorzugt; besonders bevorzugt ist dabei ein Anteil von 0,1 bis 10 Masse-%, bezogen auf SiO₂. Die Herstellung entsprechender Kieselsäuren kann nach dem Stand der Technik durch Fällung und Reinigung beispielsweise von Wasserglas (Natriumsilikat), durch Hydrolyse von Kieselsäureestern oder durch Verbrennung von SiCl₄ erfolgen. Im Falle des Einsatzes von Kieselsäure als Bestandteil (b) ist eine alkalische Stabilisierung bevorzugt.
Bestandteil (c): Disuccinat
Disuccinate, also Verbindungen mit zwei Bernsteinsäureeinheiten (englisch "succinic acid"), mit der Formel
besitzen mit ihren Carbonsäuregruppen bereits vier potentzielle Koordinationsstellen zur Bildung von Komplexen mit mehrwertigen Metallen. Enthält die Verbindungsgruppe R zusätzlich mindestens ein Stickstoffatom mit einem freien Elektronenpaar, liegt ein Chelatbildner vor, der im Unterschied zu den Chelatbildnern in Poliermitteln nach dem Stand der Technik mit ihren stark Elektronen ziehenden Acetatgruppen am Stickstoffatom biologisch abbaubar ist und dennoch gute Komplexierungseigenschaften für mehrwertige Übergangsmetallionen besitzt.
Bei den Arbeiten zur Bereitstellung der Erfindung bewährt haben sich derartige Verbindungen mit R = -(NH-CH₂-CH₂-)_nNH-, wobei n eine ganze Zahl von 0 bis 2 darstellt und X für Wasserstoff oder Alkalimetall steht:
Die Gruppe dieser Verbindungen umfasst drei Vertreter: Iminodibernsteinsäure (englisch "iminodisuccinic acid", Abkürzung IDS; n = 0), und ihre Salze, beispielsweise Tetranatriumiminodisuccinat (Na₄IDS) mit der Formel
Diese Verbindungen und ihre Verwendung in der Papierherstellung sind beispielsweise in der DE 197 13 911 A1 beschrieben.
Ethylendiamindibernsteinsäure (englisch "ethylendiamin disuccinic acid", Abkürzung EDDS; n = 1), und ihre Salze, beispielsweise Tetranatriumethylendiamindisuccinat (Na₄EDDS) mit der Formel
Diese Verbindungen und ihre Verwendung in Fotografie, Gasbehandlung und Kupferabscheidung sind beispielsweise aus der US 5,859,273 bekannt. Ebenfalls zur Ausübung der Erfindung geeignet als Bestandteil (c) ist Diethylentrimaninsuccinat (englisch "diethylentriamin disuccinic acid", Abkürzung DTDS; n = 2), und ihre Salze, beispielsweise Tetranatriumdiethylentriamindisuccinat (Na₄DTDS).
Die genannten Verbindungen IDS, EDDS und DTDS werden bevorzugt als Säure oder Alkalisalz in einem Anteil von 0,005 bis 5 Masse-% zugegeben. Besonders bevorzugt ist die Zugabe eines Natrium- und/oder Kaliumsalzes in einem Anteil von 0,01 bis 1 Masse-%. Bei Vorliegen der genannten Anteile werden im erfindungsgemäßen Poliermittel vorliegende Schwermetallionen wie Cu²⁺, Ni²⁺ und Fe³⁺ effektiv gebunden. Die resultierenden Chelate bleiben in Lösung, jedoch werden die störenden Metallionen, beispielsweise Cu²⁺ in der Politur von Halbleiterscheiben, dadurch chemisch blockiert und unschädlich gemacht. Der signifikante Unterschied zu den in Poliermitteln nach dem Stand der Technik enthaltenen Chelatbildnern mit Acetatresten liegt darin, dass die genannten Dibernsteinsäuren sowie ihre Salze und damit gebildete Chelate mit Metallionen in den üblichen biologischen Kläranlagen problemlos abgebaut werden, was beispielsweise bei IDA, EDTA und DTPA nicht der Fall ist. Das im Falle der letztgenannten Chelatbildner vorhandene Risiko, dass derartige Stoffe unzersetzt in die Umwelt gelangen und beispielsweise giftige Schwermetalle aus Klärschlämmen oder Sedimenten herauslösen, ist bei IDS, EDDS und DTDS nicht gegeben.
Optional vorhandener Bestandteil (d): Basische Alkali- oder Ammoniumsalze/-hydroxide
Ein Poliermittel aus den Bestandteilen (a), (b) und (c) kann in verschiedenen Fällen bereits in der Lage sein, seinen Bestimmungszweck zu erfüllen. Dies gilt beispielsweise für solche Fälle, in denen eine Politur mit hoher mechanischer Komponente etwa mit Al₂O₃ als Abrasivstoff durchgeführt wird. Dies gilt ebenso, falls ein alkalisches System benötigt wird und der eingesetzte Abrasivstoff oder das Kolloid, beispielsweise Kieselsäure, bereits ausreichend alkalisch stabilisiert ist und der in diesem Falle bevorzugte pH-Wert von 8 bis 13 erreicht wird. Von Vorteil dabei ist, dass etwa handelsübliche Kieselsäurekolloide insbesondere nach der Entfernung beispielsweise von Alkalimetallionen durch Ionenaustausch bereits eine in einigen Fällen ausreichende Alkalinität und Pufferwirkung besitzen. Jedoch kann es auch Fälle insbesondere bei Durchführung einer chemisch-mechanischen Politur ("chemical mechanical polishing", CMP) geben, in denen die zusätzliche Zuführung alkalischer Verbindungen zur Einstellung des gewünschten pH-Wertes und/oder Bildung eines Puffersystems mit erhöhter Pufferkapazität und somit geringer pH-Wert-Schwankung während der Politur von Vorteil ist. In ihrer grundsätzlichen Natur unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Poliermittel ohne und mit Zugabe des Bestandteils (d) jedoch nicht.
Geeignet als Bestandteil (d) sind basische Salze oder Hydroxide von Alkalimetallionen oder Ammoniumionen in einem Anteil von bevorzugt 0,01 bis 10 Masse-% und besonders bevorzugt 0,05 bis 5 Masse-%. Alkalimetalle sind Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium; Natrium- (Na⁺) und Kaliumionen (K⁺) sind bevorzugt. Ammoniumionen sind beispielsweise Ammonium (NH₄ ⁺) und Tetramethylammonium (N(CH₃)₄ ⁺, Abkürzung TMAH). Alkalische Salze sind beispielsweise Carbonate (CO₃ ^2–) und Hydrogencarbonate (HCO₃ ^–) der genannten Kationen. Alkalische Na- und/oder K-Salze sind bei Ausführung der Erfindung bevorzugt; Na₂CO₃ und K₂CO₃ sind besonders bevorzugt. Der bevorzugte pH-Wert die Bestand teile (a) bis (c) oder die Bestandteile (a) bis (d) enthaltender Poliermittel liegt bei pH 8 bis pH 13, besonders bevorzugt bei pH 9 bis pH 12.
Weitere optional vorhandene Bestandteile
Das erfindungsgemäße Poliermittel kann darüber hinaus noch über weitere Bestandteile verfügen, die den jeweiligen Anwendungszweck aus der vielfältigen Auswahl der Einsatzmöglichkeiten unterstützen. Diese weiteren Bestandteile sollten einen Anteil von bevorzugt 5 Masse-% und besonders bevorzugt 1 Masse-% nicht überschreiten, um die Natur des erfindungsgemäßen Poliermittels nicht zu verändern. Derartige weitere Bestandteile können beispielsweise Oxidationsmittel, wie Wasserstoffperoxid, Polierbeschleuniger und Antikorrosiva, wie Amine und Carbonsäuren, Alkohole, wie Butanol und Polyvinylalkohol, und weitere organische Verbindungen, wie Zelluloseverbindungen und Aminosäuren, und anorganische Verbindungen, wie Salze, Oxide und Hydroxide, sein.
Poliermittelmischung
Für die Bereitstellung des erfindungsgemäßen Poliermittels sind verschiedene Variationen denkbar. So können alle Bestandteile in einem Behälter beispielsweise durch Rühren oder Umpumpen gemischt und durch Pumpen oder Gravitation zur Polieranlage gefördert werden. Eine Vorverdünnung konzentrierter Lösungen der Bestandteile kann sinnvoll sein. Es ist jedoch auch möglich und kann in der Praxis insbesondere bei Zugabe des alkalischen Be standteils (d) Vorteile bringen, zwei Vormischungen, beispielsweise Wasser mit Abrasivstoff und/oder Kolloid und Na₄ID5 oder Na₄EDDS oder Na₄DTDS (Vormischung 1) und Wasser mit alkalischem Bestandteil (d) (Vormischung 2) herzustellen und diese erst am Ort der Politur zu vereinigen. Bei allen ausführbaren Arbeitsweisen ist zu beachten, dass der für Suspensionen des eingesetzten Bestandteils (b) geeignete pH-Wert-Bereich auch nicht kurzfristig in Richtung zu sauer oder zu alkalisch verlassen wird, um eine Fällung oder Gelbildung zu vermeiden, welche die Eigenschaften des Poliermittels negativ beeinträchtigen würden.
Das erfindungsgemäße Poliermittel ist auch zur Wiederverwendung ("recycling") geeignet. Dabei wird in der Regel jeweils ein Teil des verbrauchten Poliermittels durch frisches Poliermittel ersetzt oder durch gezielte Zufuhr der verbrauchten Bestandteile aufgefrischt. Nach einer gewissen Anzahl von Polierfahrten beziehungsweise nach einer bestimmten Einsatzdauer ist es ratsam, den Poliermittelansatz komplett durch einen frischen Ansatz zu ersetzen. Auf diese Weise wird einer schleichenden Veränderung der Poliermitteleigenschaften begegnet und eine zu starke Akkumulation von Schwermetallionen, vor allem Kupfer und Nickel, die allerdings in Form der Dibernsteinsäurechelate vorliegen, begegnet.
Polierverfahren
Das erfindungsgemäße Poliermittel eignet sich für eine Fülle von Anwendungen, wobei im Hinblick auf Kontamination mit metallischen Verunreinigungen, vor allem Kupfer und Nickel, Halbleiterscheiben das bevorzugte Objekt der Politur sind. Der als Bestandteil (b) vorliegende Chelatbildner (IDS, EDDS und/oder DTDS; als freie Säure oder Salz) schützt die Halbleiterscheiben während der Politur vor einem Eintrag dieser Metalle durch Bildung von Chelaten, die zwar in Lösung bleiben, Ionen wie Cu²⁺ und Ni²⁺ jedoch chemisch deaktivieren und am Einbau in das Gitter der Halbleiterscheibe hindern. Vom Prinzip her lassen sich zwei Arten von Polierprozessen unterscheiden: (1) Politur von unbeschichteten oder nur mit dem natürlichen Oxid ("native oxide") beschichteten Halbleiterscheiben beispielsweise aus Silicium, bei denen etwa Cu²⁺ und Ni²⁺ als unvermeidbare Kontaminationen vorliegen und blockiert werden sollen, und (2) Politur von Halbleiterscheiben während der Bauelementefertigung, die mit künstlich aufgebrachten Schichten und/oder Strukturen bedeckt sind, die gezielt zugesetztes Kupfer enthalten können, welches durch den Chelatbildner unmittelbar bei der Freisetzung blockiert wird und nicht in andere Bestandteile des Bauelementes oder die Halbleiterscheibe selbst eindringt und Schaden beispielsweise durch elektrische Kriechströme oder sogar Kurzschlüsse verursacht.
Im Rahmen der Politur (1) von unbeschichteten oder nur mit dem natürlichen Oxid beschichteten Halbleiterscheiben beispielsweise aus Silicium mit einer Kante und einer Vorderseite und einer Rückseite lassen sich verschiedene Anwendungen des erfindungsgemäßen Poliermittels unterscheiden. So kann die Kante der Halbleiterscheibe poliert werden, um ein Anhaften von Partikeln bei der Bauelementeherstellung zu vermeiden. Liegt ein Notch als Orientierungsmerkmal für die Kristallachsen vor, kann dieser ebenfalls poliert werden. Für diese Anwendungen sind am Markt Kantenpolierautomaten geeigneter Größe erhältlich.
Die Ausübung des erfindungsgemäßen Polierprozesses zur Politur mindestens einer Vorderseite der Halbleiterscheibe gelingt entweder als einseitig oder als beidseitig angreifende Politur ebenfalls auf Anlagen nach dem Stand der Technik. Bei der einseitig angreifenden Politur sind eine oder mehrere meist geätzte Halbleiterscheiben mit ihrer Rückseite gehalten durch Wachs, Vakuum oder Adhäsion an einer Trägereinheit befestigt und werden mit der Vorderseite in der Regel rotierend über einen meist ebenfalls rotierenden, mit Poliertuch beklebten Polierteller unter kontinuierlicher Zuführung eines die Bedingungen der Erfindung erfüllenden Poliermittels bewegt. Bei der beidseitig angreifenden Politur werden eine oder mehrere Siliciumscheiben zwischen zwei in der Regel gegenläufig rotierenden, mit Poliertuch beklebten Poliertellern ebenfalls unter kontinuierlicher Zuführung des besagten Poliermittels bewegt, wobei sie sinnvol ler Weise von einer oder mehreren Läuferscheiben auf einer vorbestimmten Bahn relativ zu den Poliertellern bewegt werden, was eine gleichzeitige Politur der Vorderseite und der Rückseite der Siliciumscheiben zur Folge hat.
Ein im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugtes Poliermittel für die Politur von unbeschichteten oder mit natürlichem Oxid beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium besitzt einen pH-Wert von 9 bis 12 und enthält Wasser in einem Anteil von 84 bis 99,8 Masse-%, gefällte Kieselsäure in einem Anteil von 0,1 bis 10 Masse-%, gerechnet als SiO₂, Natrium- oder Kaliumsalz der Iminodibernsteinsäure und/oder der Ethylendiamindibernsteinsäure in einem Anteil von 0,01, bis 1 Masse-% sowie Natrium- und/oder Kaliumcarbonat in einem Anteil von 0,05 bis 5 Masse-%.
Die Politur (2) von Halbleiterscheiben während der Bauelementefertigung, die mit künstlich aufgebrachten Schichten und/oder Strukturen bedeckt sind, spielt während der Fertigung von Bauelementen moderner Generationen inzwischen eine große Rolle. Hierbei kommen in der Regel Einseiten-Polierverfahren und -anlagen zum Einsatz, die den unter (1) beschriebenen vergleichbar sind. Das Verfahren wird in diesem Falle als chemisch-mechanische Planarisierung (ebenfalls CMP abgekürzt) bezeichnet. Insbesondere zur Politur von Schichten aus Wolfram und Kupfer ist das erfindungsgemäße Poliermittel hervorragend geeignet. Im Vergleich zur Politur von unbelegten Oberflächen sind in diesem Fall Abrasivstoffe und/oder Kolloide mit gröberer Körnung und härtere Poliertücher bevorzugt.
Die analytische Bestimmung des Kupfergehaltes im Siliciumgitter kann durch Methoden erfolgen, welche eine relativ hohe Wiederfindungsrate, beispielsweise eine Wiederfindungsrate von über 90 %, ausweisen. Dazu kann die zu analysierende Siliciumscheibe komplett in einem hochreinen Gemisch aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Flusssäure aufgelöst und der Kupferanteil nach Abrauchen und Aufnehmen in verdünnter Säure spektroskopisch ermittelt werden. Diese Methode ist aufwändig und mit einem relativ hohen Messfehler behaftet. Bevorzugt ist eine Methode, bei der getterfähige Schichten, die Kupfer nahezu quantitativ an die Oberfläche ziehen, beispielsweise bestehend aus Polysilicium, bei erhöhten Temperaturen auf die Oberfläche der Siliciumscheibe aufgedampft und anschließend chemisch abgelöst und analysiert werden.
Der Zusatz von IDS, EDDS und/oder DTDS oder deren Salze als Bestandteil (c) im erfindungsgemäßen Poliermittel verknüpft in hervorragender Weise eine effektive Chelatisierung und damit Blockierung beispielsweise von Kupferionen mit dem ökologischen Aspekt der biologischen Rbbaubarkeit verbunden mit dem Vorteil deutlich verringerter Entsorgungskosten für das verbrauchte Poliermittel. Dieser Zusammenhang ist überraschend und war vor Bereitstellung der Erfindung nicht zu erwarten.
Vergleichsbeispiele und Beispiele
Die Vergleichsbeispiele (V1 bis V7) und Beispiele (B1 bis B4) betreffen die Anwendung von Poliermitteln nach dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung in der Politur von hoch dotierten einkristallinen Siliciumscheiben mit einem Gehalt von 100 ± 20 Masse-ppm Bor und 6 ± 1 Masse-ppm Sauerstoff, geätzter Oberfläche und Durchmessern von 300 mm (V1 bis V4; B1 bis B3) und 200 mm (VS bis V7; B4). Als Bestandteil (b) fand eine kolloidale Kieselsäuredispersion mit einem durch den Herstellprozess bedingten Kupfergehalt von 3 Masse-ppb Verwendung. Ein den Bestandteil (c) ersetzender Bestandteil war bei den Vergleichsbeispielen das Dinatriumsalz der Iminodiessigsäure (Na₂IDA) oder das Tetranatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure (Na₄EDTA) oder das Pentanatriumsalz der Diethylentriaminpentaessigsäure (Na₅DTPA). In den Beispielen wurde als Bestandteil (c) das Tetranatriumsalz der Iminodibernsteinsäure (Na₄IDS) und der Ethylendiamindibernsteinsäure (Na₄EDDS) eingesetzt. Zur Einstellung des pH-Wertes auf 11,0 enthielten alle Poliermittel als zusätzlichen Bestandteil (d) Kaliumcarbonat (K₂CO₃). (Masse-ppm sind 10^–6, Masse-ppb 10^–9 Masseanteile.)
Es standen für die Doppelseitenpolitur der 300-mm-Siliciumscheiben (DSP) auf einer Polieranlage mit Planetargetriebe fünf Läuferscheiben aus Edelstahl mit einem Kupfergehalt unterhalb 0,10 Masse-% zur Verfügung. Von jeweils gleichzeitig 15 Siliciumscheiben wurden unter gegenläufiger Rotation der mit Poliertuch beklebten Polierteller und Bewegung der Läuferscheiben auf einer Planetenbahn unter einem Druck von 0,15 bar und kontinuierlicher Zuführung von 5 l/min Poliermittel bei 40 °C jeweils 30 μm Silicium abpoliert. Für die Einseitenpolitur der 200-mm-Siliciumscheiben (SSP) wurden diese auf vier Trägerplatte aus Keramik aufgekittet, und es erfolgte unter kontinuierlicher Zuführung von 8 l/min Poliermittel auf einem mit Poliertuch beklebten Polierteller bei 30 °C ein Siliciumabtrag von jeweils 15 μm von der Vorderseite von gleichzeitig 24 Siliciumscheiben.
Die Abtragsrate war im DSP-Fall mit 0,7 μm/min und im SSP-Fall mit 1,1 μm/min identisch zwischen Vergleichsbeispielen und Beispielen. Im Falle der Vergleichsbeispiele 1 und 5 sowie der Beispiele konnte das verbrauchte Poliermittel in eine verfügbare biologische Kläranlage nach dem Stand der Technik eingeleitet werden. In den übrigen Fällen musste das anfallende Poliermittel separat gesammelt und zu erhöhten Kosten der Verbrennung zugeführt werden. Nach Beendigung der Politur, Reinigung und Trocknung erfolgte eine visuelle Beurteilung der Oberflächen der polierten Siliciumscheiben unter stark gebündeltem Licht, wobei eine sehr niedrige Defektdichte ohne signifikante Unterschiede zwischen den Siliciumscheiben der einzelnen Versuchsgruppen beobachtet wurde.
Polierte und gereinigte Siliciumscheiben, hergestellt nach den Vergleichsbeispielen und Beispielen, wurden neben einer nicht polierten Referenzscheibe wie folgt auf eingebautes Kupfer analysiert: Im Röhrenofen wurde bei 650 °C durch Zuführung von SiHCl₃ eine 50 nm dicke Polysiliciumschicht auf der Siliciumscheibe abgeschieden. Diese Schicht wurde bei 20 °C in einer Mischung aus HNO₃ und HF in analytischer Reinheitsqualität aufgelöst. Nach Abdampfen der Flüssigkeit bei 200 °C und Aufnehmen des Rückstandes in verdünnter HNO₃-Lösung wurde der Kupfergehalt durch ICP-MS gemessen. Die entsprechenden Daten sind in unten stehender Tabelle enthalten. Es zeigt sich, dass in Gegenwart der biologisch abbaubaren Chelatbildner Na₄IDS und Na₄EDDS vergleichbar niedrige Kupferwerte wie mit den in diesem Zusammenhang nach dem Stand der Technik eingesetzten Chelatbildnern, in diesem Falle Na₂IDA, Na₄EDTA und Na₅DTPA, erreicht werden, die signifikant unter den Werten für Poliermittel liegen, die keine Chelatbildner enthalten. Allerdings lagen bei Ausführung der Beispiele die Entsorgungskosten durch die zulässige Einleitung des verbrauchten Poliermittels in die organische Kläranlage signifikant niedriger als bei Ausführung der Vergleichbeispiele 2 bis 4, 6 und 7, in denen das verbrauchte Poliermittel aufgefangen und der Verbrennung zugeführt werden musste. Dadurch lagen die Kosten für die Politur in den Beispielen um etwa 10 bis 20 % unter denen in der in den Vergleichsbeispielen 2 bis 4, 6 und 7 angefallenen Kosten. Die gemäß der Vergleichsbeispiele 1 und 5 hergestellten Siliciumscheiben konnten zwar ebenfalls kostengünstig hergestellt werden, erfüllten jedoch nicht die Anforderungen an den Kupfergehalt der polierten Siliciumscheibe.
Die in der Tabelle aufgeführten Daten belegen exemplarisch, dass mit der Bereitstellung der Erfindung die Aufgabe der Erfindung gelöst ist.

Claims

Poliermittel, enthaltend als Bestandteile (a) Wasser, (b) Abrasivstoff und/oder Kolloid und (c) ein Disuccinat der Formel
wobei für X Wasserstoff und/oder Alkalimetall steht und n eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
Poliermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil (b) Kieselsäure in einem Anteil von 0,05 bis 50 Masse-%, gerechnet als SiO₂, enthalten ist.
Poliermittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert von 8 bis 13 beträgt.
Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil (c) Iminodibernsteinsäure (n = 0) und/oder Ethylendiamindibernsteinsäure (n = 1) und/oder ein oder mehrere Salze dieser beiden Verdingungen enthalten ist.
Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteil (c) in einem Anteil von 0,005 bis 5 Masse-% enthalten ist.
Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Bestandteil (d) ein oder mehrere basische Salze und/oder Hydroxide von Alkalimetallionen und/oder Ammoniumionen in einem Anteil von 0,01 bis 10 Masse-% enthalten sind.
Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem pH-Wert von 9 bis 12, enthaltend als Bestandteile (a) Wasser in einem Anteil von 84 bis 99,8 Masse-%, (b) Kieselsäure in einem Anteil von 0,1 bis 10 Masse-%, gerechnet als SiO₂, (c) Natrium- oder Kaliumsalz der Iminodibernsteinsäure und/oder der Ethylendiamindibernsteinsäure in einem Anteil von 0,01 bis 1 Masse-%, und (d) Natrium- und/oder Kaliumcarbonat in einem Anteil von 0,05 bis 5 Masse-%.
Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer Kante, dadurch gekennzeichnet, dass ein Poliermittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe im Wesentlichen aus Silicium besteht.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit künstlich aufgebrachten Schichten und/oder Strukturen bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schichten und/oder Strukturen Kupfer als elektrischer Leiter enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der Siliciumscheibe unbedeckt oder mit natürlichem Oxid bedeckt ist und unter Zuführung eines Poliermittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite und die Rückseite der Siliciumscheibe unbedeckt oder mit natürlichem Oxid bedeckt ist und unter Zuführung eines Poliermittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 gleichzeitig poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante der Siliciumscheibe unter Zuführung eines Poliermittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 poliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des eingesetzten Poliermittels wiederverwendet wird.