JP2003297775A - 鏡面半導体ウェーハの製造方法および半導体ウェーハ用研磨スラリ - Google Patents

鏡面半導体ウェーハの製造方法および半導体ウェーハ用研磨スラリ

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JP2003297775A
JP2003297775A JP2002101752A JP2002101752A JP2003297775A JP 2003297775 A JP2003297775 A JP 2003297775A JP 2002101752 A JP2002101752 A JP 2002101752A JP 2002101752 A JP2002101752 A JP 2002101752A JP 2003297775 A JP2003297775 A JP 2003297775A
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JP
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polishing slurry
copper
polishing
silicon wafer
semiconductor wafer
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JP2002101752A
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English (en)
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Akira Nishi
晃 西
Kazuaki Kosasa
和明 小佐々
Shinichi Kawahito
進一 川人
Yasumi Nagatomo
安美 長友
Hirozo Wakabayashi
博三 若林
Masato Imai
正人 今井
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Sumco Techxiv Corp
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨加工中に研磨スラリ中の汚染金属がシリコ
ンウェーハ内に拡散するメカニズムを明らかにして、シ
リコンウェーハの汚染量を一定レベル以下に低下させる
パラメータを明確に定め、半導体デバイスの製造歩留ま
り向上を確実に行えるようにする。 【解決手段】研磨スラリ1中の銅イオン4cの濃度を1
0ppt以下にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
などの半導体ウェーハの表面を研磨して鏡面の半導体ウ
ェーハを製造する方法および半導体ウェーハの表面の研
磨に用いられる半導体ウェーハ用研磨スラリに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】シリコンウェーハを製造する各工程のう
ち研磨工程(ポリシング工程)では、研磨スラリを用い
てシリコンウェーハの表面が鏡面状に研磨される。
【0003】研磨スラリ1は、図2に示すように、一般
的に、粒径が30〜200nm程度のシリカ(Si
)粒子(砥粒)2を、pHが10〜11程度のNa
OHやKOHなどのアルカリ水溶液3中にコロイド状に
分散させたものである。
【0004】研磨工程では、この研磨スラリ1がシリコ
ンウェーハと研磨パッドとの間に供給される。そしてシ
リコンウェーハを研磨パッドに押しつけシリコンウェー
ハと研磨パッドをそれぞれ回転させることにより、シリ
コンウェーハの表面が鏡面状に研磨される。なお研磨工
程は、高圧、高速でウェーハ表面を平坦化する1次研磨
工程と、1次研磨後のウェーハのヘイズを除去して鏡面
状に仕上げる仕上げ研磨工程とに分けられる。研磨スラ
リ1は1次研磨工程で使用される。
【0005】研磨スラリ1を用いた研磨は、「メカノケ
ミカルポリシング」で行われる。すなわち砥粒としての
シリカ粒子がシリコンウェーハの表面に機械的に作用す
ることにより表面が削り取られ、アルカリ溶液3がシリ
コンウェーハの表面で化学反応することにより表面が削
り取られる。
【0006】研磨スラリ1の中には、汚染金属が含有さ
れている。汚染金属の種類には、銅(Cu)、ニッケル
(Ni)、クロム(Cr)、鉄(Fe)などがある。銅や
ニッケルなどの汚染金属は、天然石英からシリカ粒子2
を製造する過程で外部から不純物として入り込む。
【0007】こうした汚染金属を含有した研磨スラリ1
を用いてシリコンウェーハを研磨すると、研磨加工中に
汚染金属がシリコンウェーハのバルク中に拡散してシリ
コンウェーハの品質を劣化させる。そしてこのような品
質が劣化したシリコンウェーハを用いて半導体デバイス
を製造すると、半導体デバイスの歩留まりに悪影響を与
える。汚染金属の中でも、特に銅は、シリコンウェーハ
中の拡散速度が最も大きいので、研磨加工中に迅速にシ
リコンウェーハ内部に深く入り込み、半導体デバイスの
歩留まりに甚大な悪影響を与える。たとえば5ppb程
度の銅を含む研磨スラリ1を用いてシリコンウェーハを
研磨したとすると、シリコンウェーハ中に拡散する銅の
汚染量(atoms/cm)は、10〜1010atoms/cm
という大きな値を示し、半導体デバイスの歩留まりに
甚大な悪影響を与える。ここで汚染量(atoms/cm)と
は、鏡面のシリコンウェーハを長期間(たとえば3ヶ
月)保管したときにウェーハ表面に析出される汚染金属
の単位面積当たりの原子数で評価したものである。
【0008】そこで、従来より、研磨スラリ1中の汚染
金属について、これを半導体デバイスの歩留まりに悪影
響を与えない程度に低濃度にする方法が考えられてい
る。
【0009】研磨スラリ1中の汚染金属を低濃度にする
方法として、研磨スラリ1の製造工程で精製の工程に時
間とコストをかけて汚染金属を除去することが考えられ
る。確かに精製に時間とコストをかける程、銅などの汚
染金属の濃度は低くなるが、作業効率が悪く現実的では
ない。
【0010】そこで特開平11−186201号公報に
は、陽イオン交換樹脂によって研磨スラリ中の銅、ニッ
ケルの濃度を0.01〜1ppbの範囲に収め、かつ水
酸化ナトリウム水溶液の添加量を調整して研磨スラリの
pHを11以下に抑えることによって、研磨加工中にシ
リコンウェーハ内に拡散する銅、ニッケルの汚染量を低
減させんとする発明が記載されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし本発明者らの知
見によって、上記公報に示される「研磨スラリ中の銅、
ニッケルの濃度が総量で0.01〜1ppbである」と
いうパラメータ、範囲は、必ずしも研磨加工中にシリコ
ンウェーハ内に拡散する銅、ニッケルの汚染量を一定レ
ベル以下に低下させて半導体デバイス歩留まりを満足で
きるレベルにするものではないことが明らかになった。
【0012】本発明は、研磨加工中に研磨スラリ中の汚
染金属がシリコンウェーハ内に拡散するメカニズムを明
らかにして、シリコンウェーハの汚染量を一定レベル以
下に低下させるパラメータを明確に定め、半導体デバイ
スの製造歩留まり向上を確実に行えるようにすることを
解決課題とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段および効果】第1発明は、
研磨スラリを用いて半導体ウェーハの表面を研磨して鏡
面半導体ウェーハを製造する鏡面半導体ウェーハの製造
方法において、鏡面半導体ウェーハの表面に析出する汚
染金属の量が一定レベル以下に低減するように、研磨ス
ラリ中の汚染金属イオンの濃度を一定レベル以下に低減
させた研磨スラリを用いて半導体ウェーハを研磨するこ
とを特徴とする。
【0014】第2発明は、第1発明において、研磨スラ
リ中の汚染金属イオンの濃度をそれぞれのイオン種につ
き10ppt以下に低減させたことを特徴とする。
【0015】第3発明は、第1発明において、前記研磨
スラリは、シリカ粒子を含有するものであることを特徴
とする。
【0016】第4発明は、鏡面半導体ウェーハの表面に
析出する汚染金属の量が一定レベル以下に低減するよう
に、含有する汚染金属イオンの濃度が一定レベル以下に
低減されてなる半導体ウェーハ用研磨スラリ。
【0017】第5発明は、第4発明において、含有する
汚染金属イオンの濃度がそれぞれのイオン種につき10
ppt以下に低減されてなることを特徴とする。
【0018】図2に示すように、研磨スラリ1中の銅
は、つぎの3つに分けられる。
【0019】 1)シリカ粒子2の内部に含有している銅4a 2)シリカ粒子2の表面の電荷によって表面に付着して
いる銅4b 3)アルカリ水溶液3中に存在している銅イオン4c 研磨加工中にシリコンウェーハ内に侵入して内部で拡散
する銅の量つまり汚染量は、上記3)の「アルカリ水溶
液3中に存在している銅イオン4c」の量で定まり、図
1に示すように研磨スラリ1中のイオン化した銅4cの
濃度と、シリコンウェーハの銅汚染量とは相関がある。
図1において銅イオン4cの濃度が10ppt以下のとき
に半導体デバイス製造の歩留まりを満足できるレベルに
することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して実施の形態に
ついて説明する。なお本実施形態では半導体ウェーハと
してシリコン(Si)ウェーハを想定するが以下に述べ
る実施形態はシリコンウェーハ以外のガリウム砒素ウェ
ーハなどにも適用可能である。また本実施形態では汚染
金属として銅(Cu)を想定するが、銅以外のニッケル
(Ni)、クロム(Cr)、鉄(Fe)などの汚染金属に
対しても適用可能である。特にニッケルは銅と同様にシ
リコンウェーハ中における拡散速度が速いので、以下の
実施形態における銅と同様に扱うことができる。
【0021】シリコンウェーハを製造する各工程のうち
研磨工程(ポリシング工程)では、研磨スラリを用いて
シリコンウェーハの表面が鏡面状に研磨される。
【0022】まず本発明の知見について図2を参照して
説明する。図2は実施形態の研磨スラリ1の成分を示し
ており、粒径が30〜200nm程度のシリカ(SiO
)粒子(砥粒)2を、NaOHやKOHなどのアルカ
リ水溶液3中にコロイド状に分散させたものである。
【0023】研磨スラリ1中の銅は、つぎの3つに分け
られる。
【0024】 1)シリカ粒子2の内部に含有している銅4a 2)シリカ粒子2の表面の電荷によって表面に付着して
いる銅4b 3)アルカリ水溶液3中に存在している銅イオン4c これら3種類の銅4a、4b、4cの中で、上記1)の
「シリカ粒子2の内部に含有している銅4a」が最も量
が多い。しかし研磨加工中にシリコンウェーハ内に侵入
して内部で拡散する銅の量つまり汚染量は、上記3)の
「アルカリ水溶液3中に存在している銅イオン4c」の
量で定まる。いいかえれば、研磨スラリ1中の銅4a、
4b、4cの総量の濃度が1ppbよりも高い値を示し
たとしても銅イオン4cの濃度が低ければ、シリコンウ
ェーハの汚染量は低い値を示す。逆に研磨スラリ1中の
銅4a、4b、4cの総量の濃度が1ppb以下の低い
値を示したとしても銅イオン4cの濃度が高ければ、シ
リコンウェーハの汚染量は高い値を示す。
【0025】アルカリ水溶液3中に存在しているもの
は、pHが10〜11になっているアルカリ水溶液3中
では、大多数が銅の水酸化物{Cu(OH),Cu
O}であり、Cu2+ イオンと、Cu(OH) 2−/
HCu(OH) イオンは極少数しか存在していな
い。
【0026】しかし研磨加工中にシリコンウェーハ中に
拡散する銅は、このCu2+イオンと、Cu(OH)
2−/HCu(OH) イオンであるため、この銅イオ
ンを低減する必要がある。
【0027】ただし研磨加工中にはシリコンウェーハの
表面は負に帯電しているため、Cu(OH) 2−/HC
u(OH) イオンと、Cu2+イオンとを比較する
と、正のCu2+イオンの方がシリコンウェーハの表面
に吸着し易く、シリコンウェーハの内部に拡散し易い。
このためシリコンウェーハの銅汚染量を減らすには、C
u2+イオンを減らすことが重要となる。
【0028】このことは図1に示すグラフに示される。
【0029】図1は、横軸に研磨スラリ1中のイオン化
した銅4cの濃度(ppt)をとり、縦軸に研磨スラリ1
を用いて研磨した鏡面のシリコンウェーハを長期間(た
とえば3ヶ月)保管したときにウェーハ表面に析出され
る銅の面積密度(atoms/cm)をとったものである。つ
まり縦軸はシリコンウェーハ中に拡散された銅の汚染量
を示している。
【0030】同図1に示すように研磨スラリ1中のイオ
ン化した銅4cの濃度と、シリコンウェーハの銅汚染量
とは相関がある。図1において銅イオン4cの濃度が1
0ppt以下のときに半導体デバイス製造の歩留まりを満
足できるレベルにすることができる。また図1において
シリコンウェーハの銅汚染量が1.0×10(atoms/
cm)以下のとき測定限界以下であるので、シリコンウ
ェーハの銅汚染量が1.0×10(atoms/cm)以下
となるように、銅イオン4cの濃度を5ppt以下にする
ことが望ましい。
【0031】このようなイオン化した銅4cの濃度を低
減させた研磨スラリ1は以下のようにして製造される。
【0032】すなわちシリカ粒子2がコロイド状に30
wt%含まれたアルカリ性のスラリ原液と、希釈用の純水
と、NaOHやKOHなどのアルカリが用意される。
【0033】そこでスラリ原液を、10倍以上(10倍
〜20倍程度)の純水で希釈し、更にアルカリを添加し
て研磨スラリ1が製造される。こうして製造された研磨
スラリ中の銅の原子総量は、1〜10ppb程度である。
この製造の段階で研磨スラリ1に含有される銅イオン4
cは、つぎの4つに分けられる。
【0034】 3−1)スラリ原液に含有している銅イオン4c1 3−2)希釈用の純水中に含有している銅イオン4c2 3−3)添加するアルカリ中に含有している銅イオン4
c3 3−4)その他に研磨パッドや装置の配管などから溶出
する銅イオン4c4 これら4種類の銅イオン4c1、4c2、4c3、4c4の
量の比率は、(数式1) なる関係が成立していることがわかった。
【0035】そこでアルカリ中に含有している銅イオン
4c3とスラリ原液に含有している銅イオン4c1を減少
させる操作を行った上で、研磨スラリ1が製造される。
銅イオンはたとえばイオン交換樹脂を通すことで減らす
ことができる。
【0036】このようにして含有している銅イオン4c
の濃度が10ppt以下となっている研磨スラリ1が製造
される。望ましくは、銅含有している銅イオン4cの濃
度が5ppt以下となっている研磨スラリ1が製造され
る。
【0037】シリコンウェーハの研磨工程では、以上の
ようにして製造された研磨スラリ1がシリコンウェーハ
と研磨パッドとの間に供給される。そしてシリコンウェ
ーハを研磨パッドに押しつけシリコンウェーハと研磨パ
ッドをそれぞれ回転させることにより、シリコンウェー
ハの表面が鏡面状に研磨される。
【0038】こうして製造された鏡面のシリコンウェー
ハを用いて半導体デバイスを製造したところ、製造歩留
まりは満足できるレベルにあった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は研磨スラリ中の銅イオンの濃度と、長期
保管後にシリコンウェーハ表面に析出した銅の面積密度
との関係を示すグラフである。
【図2】図2は研磨スラリの成分を示す図で、銅の存在
態様を説明する図である。
【符号の説明】
1 研磨スラリ 2 シリカ粒子 3 アルカリ水溶液 4a、4b 銅 4c 銅イオン
フロントページの続き (72)発明者 川人 進一 神奈川県平塚市四之宮三丁目25番1号 コ マツ電子金属株式会社内 (72)発明者 長友 安美 神奈川県平塚市四之宮三丁目25番1号 コ マツ電子金属株式会社内 (72)発明者 若林 博三 神奈川県平塚市四之宮三丁目25番1号 コ マツ電子金属株式会社内 (72)発明者 今井 正人 神奈川県平塚市四之宮三丁目25番1号 コ マツ電子金属株式会社内 Fターム(参考) 3C047 FF08 GG20 3C058 AA07 CA01 CB03 CB05 DA02 DA12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨スラリを用いて半導体ウェー
    ハの表面を研磨して鏡面半導体ウェーハを製造する鏡面
    半導体ウェーハの製造方法において、 鏡面半導体ウェーハの表面に析出する汚染金属の量が一
    定レベル以下に低減するように、研磨スラリ中の汚染金
    属イオンの濃度を一定レベル以下に低減させた研磨スラ
    リを用いて半導体ウェーハを研磨することを特徴とする
    鏡面半導体ウェーハの製造方法。
  2. 【請求項2】 研磨スラリ中の汚染金属イオンの
    濃度をそれぞれのイオン種につき10ppt以下に低減さ
    せたことを特徴とする請求項1記載の鏡面半導体ウェー
    ハの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記研磨スラリは、シリカ粒子を
    含有するものであることを特徴とする請求項1記載の鏡
    面半導体ウェーハの製造方法。
  4. 【請求項4】 鏡面半導体ウェーハの表面に析出
    する汚染金属の量が一定レベル以下に低減するように、
    含有する汚染金属イオンの濃度が一定レベル以下に低減
    されてなる半導体ウェーハ用研磨スラリ。
  5. 【請求項5】 含有する汚染金属イオンの濃度が
    それぞれのイオン種につき10ppt以下に低減されてな
    ることを特徴とする請求項4記載の半導体ウェーハ用研
    磨スラリ。
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WO2017150157A1 (ja) * 2016-02-29 2017-09-08 株式会社フジミインコーポレーテッド シリコン基板の研磨方法および研磨用組成物セット
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