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Info
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Abstract
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
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。
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。
的に、粒径が30〜200nm程度のシリカ(Si
O2)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。
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。
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。
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。
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/cm2)は、109〜1010atoms/cm2
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/cm2)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
は、つぎの3つに分けられる。
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。
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。
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。
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
2)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。
られる。
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。
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)2,Cu
2O}であり、Cu2+ イオンと、Cu(OH)4 2−/
HCu(OH)4 − イオンは極少数しか存在していな
い。
拡散する銅は、このCu2+イオンと、Cu(OH)4
2−/HCu(OH)4 −イオンであるため、この銅イオ
ンを低減する必要がある。
表面は負に帯電しているため、Cu(OH)4 2−/HC
u(OH)4 −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。
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/cm2)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。
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1.0×108(atoms/
cm2)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1.0×108(atoms/cm2)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。
減させた研磨スラリ1は以下のようにして製造される。
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。
〜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
態様を説明する図である。
Claims (5)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002101752A JP2003297775A (ja) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002101752A JP2003297775A (ja) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003297775A true JP2003297775A (ja) | 2003-10-17 |
Family
ID=29388767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002101752A Pending JP2003297775A (ja) | 2002-04-03 | 2002-04-03 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003297775A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017157608A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 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 |
-
2002
- 2002-04-03 JP JP2002101752A patent/JP2003297775A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017157608A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 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 |
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 |
US11648641B2 (en) | 2016-02-29 | 2023-05-16 | Fujimi Incorporated | Method for polishing silicon substrate and polishing composition set |
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