JP2006100713A

JP2006100713A - 半導体ウェーハ用研磨組成物

Info

Publication number: JP2006100713A
Application number: JP2004287435A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Murata; 光昭村田; Yukio Kon; 幸雄今
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】研磨材中のみならずドーピング剤中の金属原子による半導体ウェーハの汚染をも効果的に防止し得る半導体ウェーハ用研磨組成物の提供。
【解決手段】水、粒状アモルファスシリカ、及び水溶性キレート剤を含有し、且つアルカリ性化合物によってｐＨ９．０以上に調整されてなる半導体ウェーハ用研磨組成物において、前記水溶性キレート剤が、ピロリジンジチオカルバミン酸アンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸アンモニウム、及びヘキサメチレンアンモニウムヘキサメチレンチオカルバマートから選ばれる１種類以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit)等の基板として広く用いられている半導体ウェーハの研磨に使用する研磨組成物に関し、特に、研磨材中の金属原子が半導体ウェーハの表層へ移行せず、半導体ウェーハの表層の汚染の少ない半導体ウェーハ用研磨組成物に関する。

半導体ウェーハとしてのＳｉ（シリコン）ウェーハは、４族のポリシリコンに３族又は５族のドープ剤を微量添加し、ＣＺ（チョクラルスキー）法にて引き上げられたＳｉ単結晶インゴットのスライス、ラッピング、ケミカルエッチングを経た後、１次、２次及び仕上げの研磨を施され、しかる後に、洗浄及び最終検査を経て使用されている。
上記研磨工程中、ウェーハ表面は研磨材の研磨作用によって化学的に活性となり、ウェーハ表面に金属原子が付着すると共に、研磨熱によりウェーハ中に熱拡散する現象が生ずる。

一方、半導体ウェーハには、集積度が上がるに連れて、表層の金属汚染レベルの低減が求められている。

従来、半導体ウェーハ用研磨組成物としては、水、粒状アモルファスシリカおよび水溶性キレート剤および／または分子量５０００以上の高分子イオンを含有し、かつアルカリ性化合物によってｐＨ９以上に調整されてなるウェーハ用研磨剤組成物が知られている（特許文献１参照）。

この研磨剤組成物は、キレート剤または／および高分子イオンを含んでおり、これらと研磨剤組成物中に含まれる金属原子とが水分子とともに強い複合体を形成するので、研磨剤組成物中に存在する遊離の金属原子を極力少なくすることができる。
又、上記研磨剤組成物を用いてウェーハ表面を研磨する時には研磨剤中の金属原子がウェーハ表面に吸着されにくく、従って熱拡散もドープされることがない。
従って、上記研磨剤組成物を用いて研磨されたウェーハの電気特性は、ミクロ的に均一であって、工業的に極めて有利である、というものである。

又、半導体ウェーハ用研磨組成物としては、下記（ａ）〜（ｄ）を含んでなることを特徴とする、研磨用組成物。
（ａ）二酸化ケイ素、
（ｂ）アルカリ金属の無機塩、アンモニウム塩、ピペラジンおよびエチレンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも１種類類の塩基性物質、
（ｃ）下記一般式〔１〕にて示される化合物およびその塩からなる群より選ばれる少なくとも１種類類のキレート剤、

但し、Ｒ₁及びＲ₂は同一又は異なる低級アルキレン基を示し、ｎは０〜４の整数を示す）、

（ｄ）水
が知られている（特許文献２参照）。

この研磨用組成物は、研磨時の金属イオンによる半導体ウェーハへの汚染を極めて効果的に防止できる効果が得られる、というものである。

しかし、従来の半導体ウェーハ用研磨組成物の前者では、水溶性キレート剤として水溶性のエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）やニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）等を用いてＮａ（ナトリウム）の半導体ウェーハ表面への付着を防止し得るものの、拡散係数の大きいＣｕ（銅）やＦｅ（鉄）等の金属原子の半導体ウェーハ表面への付着及び半導体ウェーハ表層部への拡散の防止効果が低い不具合がある。

又、後者では、主として研磨用組成物中の金属原子による半導体ウェーハの汚染を効果的に防止し得るものの、半導体ウェーハがヘビードープされたものである場合、ドーピング剤中には金属原子が不純物として多量に混入するのを避けられないが、このドーピング剤中の金属原子による半導体ウェーハの汚染までも効果的に防止し得ない不具合がある。
特開昭６３−２７２４６０号公報特開２００２−２２６８３６号公報

本発明は、研磨材中のみならずドーピング剤中の金属原子による半導体ウェーハの汚染をも効果的に防止し得る半導体ウェーハ用研磨組成物の提供を課題とする。

本発明の半導体ウェーハ用研磨組成物は、水、粒状アモルファスシリカ、及び水溶性キレート剤を含有し、且つアルカリ性化合物によってｐＨ９．０以上に調整されてなる半導体ウェーハ用研磨組成物において、前記水溶性キレート剤が、ピロリジンジチオカルバミン酸アンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸アンモニウム、及びヘキサメチレンアンモニウムヘキサメチレンチオカルバマートから選ばれる１種類以上であることを特徴とする。

前記粒状アモルファスシリカのＢＥＴ法による平均粒径は、５ｎｍ〜５μｍの範囲であることが好ましい。

本発明の半導体ウェーハ用研磨組成物によれば、キレート剤としてのピロリジンジチオカルバミン酸アンモニウム（ＡＰＤＣ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸アンモニウム（ＡＤＤＣ）、及びヘキサメチレンアンモニウムヘキサメチレンチオカルバマート（ＨＬＣＨＡ）から選ばれる１種以上と研磨材中の金属原子及びドーピング剤と一緒に半導体ウェーハ中に点在し、研磨熱によってウェーハ表面に出た金属原子との間で錯体が十分に形成され、半導体ウェーハの表面への金属原子の付着が防がれ、かつ、ウェーハ表層部への金属原子の熱拡散が防がれるので、研磨材中のみならずドーピング剤中の金属原子による半導体ウェーハの汚染を極めて効果的に防止することができる。

粒状アモルファスシリカの研磨組成物に占める割合は、１．０〜４０ｗｔ％が好ましい。
粒状アモルファスシリカの研磨組成物に占める割合が、１．０ｗｔ％未満であると、研磨効率低下や目的の研磨性能が得られなくなる。一方、４０ｗｔ％を超えると、安定性が低下し、ゲル化、分離等を生じさせる原因となる。

アルカリ性化合物によって調整されるｐＨが、９．０未満であると、研磨効率が低下する。
アルカリ性化合物によって調整されるｐＨは、１０．５〜１１．５が好ましく、１１．５を超えると、アモルファスシリカが溶解したり、ウェーハ表面粗さが悪化する等の不具合を生ずる可能性がある。
アルカリ性化合物としては、金属アルカリ、アンモニウム、水酸化４級アンモニウム、アミン類等が挙げられる。
特に、エチレンジアミンは、研磨速度をあげることができるので、好ましい。
アルカリ性化合物の研磨組成物に占める割合は、０．０１〜１０ｗｔ％が好ましい。
アルカリ性化合物の研磨組成物に占める割合が、０．０１ｗｔ％未満であると、研磨促進剤としての性能が不十分となる。一方、１０ｗｔ％を超えると、研磨効率の更なる向上が見込めないため、不経済となる。

又、水溶性キレート剤としてのＡＰＤＣ、ＡＤＤＣ、及びＨＬＣＨＡから選ばれる１種類以上の研磨組成物に占める割合は、０．０１〜１．０ｗｔ％が好ましい。
水溶性キレート剤としてのＡＰＰＣ、ＡＤＤＣ、及びＨＬＣＨＡから選ばれる１種類以上の研磨組成物に占める割合が、０．０１ｗｔ％未満であると、十分なキレート効果が得られない。一方、１．０ｗｔ％を超えると、更なるキレート効果が得られないため、不経済である。

一方、粒状アモルファスシリカの平均粒径が、５ｎｍ未満であると、パーティクル量が多くなる。一方、５μｍを超えると、スクラッチ等の不具合を発生させるおそれがある。
粒状アモルファスシリカの平均粒径は、１０ｎｍ〜３μｍがより好ましい。

粒状アモルファスシリカとしてＢＥＴ法による平均粒径０．０４μｍのコロイダルシリカを表１に示す割合で用いると共に、表１に示す水溶性キレート剤を同表に示す割合で用い、かつ、アルカリ性化合物としてエチレンジアミンを表１に示す割合で用いてｐＨ１１．０の各種の半導体ウェーハ用研磨組成物を調製した。

得られた各半導体ウェーハ用研磨組成物を用い、以下の条件でシリコンウェーハ（Ｐ⁺⁺（１００）０．０４Ωｃｍ）の研磨を行った。
研磨装置：スピードファム製、ＳＰＡＷ４８
研磨布：不織布タイプ
研磨圧力：２００ｇｆ／ｃｍ²
研磨中の研磨布温度：４０℃
研磨組成物の流量：５ｌ／ｍｉｎ（リサイクル使用）
研磨時間：３０分

研磨後の各シリコンウェーハのＣｕ原子濃度をＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）によって定量分析したところ、図１に示すようになった。

図１から、実施例のＮｏ．１、Ｎｏ．２は、比較例のＮｏ．１（キレート剤添加なし）、比較例のＮｏ．２（特許文献１相当）と比較し、ウェーハ表層のＣｕ濃度が著しく低く、キレート効果が高いことが分かる。

又、実施例のＮｏ．１の半導体ウェーハ用研磨組成物を用い、シリコンウェーハ（（１００）０．０１Ωｃｍ）の研磨を同様の条件で行ったところ、ウェーハ表面から１μｍずつ１０μｍまでのＣｕ濃度は、１．２、１．０、０．８、０．７、０．７、０．６、０．６０．５、０．５、０．５×１Ｅ１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となった。
したがって、実施例のＮｏ．１の半導体ウェーハ用研磨組成物は、ＥＤＴＡの研磨用組成物よりもキレート効果が格段に高いことが分かる。

本発明に係る半導体ウェーハ用研磨組成物によるウェーハ表面からのＣｕ汚染量を従来のもののそれと比較した説明図である。

Claims

水、粒状アモルファスシリカ、及び水溶性キレート剤を含有し、且つアルカリ性化合物によってｐＨ９．０以上に調整されてなる半導体ウェーハ用研磨組成物において、前記水溶性キレート剤が、ピロリジンジチオカルバミン酸アンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸アンモニウム、及びヘキサメチレンアンモニウムヘキサメチレンチオカルバマートから選ばれる１種類以上であることを特徴とする半導体ウェーハ用研磨組成物。
前記粒状アモルファスシリカのＢＥＴ法による平均粒径が、５ｎｍ〜５μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ用研磨組成物。