JP2007073908A - 半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエーハの研磨工程において発生する半導体ウエーハ表面近傍への金属汚染を防止する金属汚染防止剤及び、半導体ウエーハの研磨工程において金属汚染を防止する方法、さらにはかかる方法により金属汚染を大幅に低減した半導体ウエーハを提供する。
【解決手段】本発明に係る金属汚染防止剤は、半導体ウエーハの研磨工程に含まれる金属イオンを難溶性化して半導体ウエーハ表面近傍への金属汚染を防止する。また本発明に係る金属汚染防止方法は、本発明に係る金属汚染防止剤を含む研磨組成物を用いて半導体ウエーハを研磨する。さらに本発明の半導体ウエーハは、かかる方法により研磨された半導体ウェーハである。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤、半導体ウエーハ研磨剤組成物、半導体ウエーハ金属汚染防止方法、及び半導体ウエーハに関するものである。

ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッピングの機械加工プロセスを経た半導体ウエーハは表面にダメージ層すなわち加工変質層を有している。加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位などの結晶欠陥を誘発したり、ウエーハの機械的強度を低下させ、電気的特性にも悪影響を及ぼすので完全に除去するため、半導体ウエーハの片面又は両面は研磨工程（ポリッシング）され鏡面に仕上げられる。

一方かかる研磨工程を経た後の鏡面半導体ウエーハの表面近傍は通常、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、マグネシウム、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、アルミニウム等の金属不純物に汚染されていることが知られている。このような場合、その後の加工工程である、デバイス工程において品質的な欠点が頻度高く発生し、製品の収率を著しく悪化せしめるという問題点があった。

従来、研磨工程においてかかる金属汚染を防止する手段が種々開発されている。例えば、金属イオンをキレート剤を用いて除去する方法が知られている（特許文献１）。

しかしながら、近年鏡面シリコンウエーハへ要求される金属汚染度はますます厳しくなってきており、甚だしい例としては１０^１０atoms／cm^２以下であることが要求されることもあるので、これらの対策では対応し切れなくなってきているのが実状である。そのため半導体ウエーハ表面近傍の金属元素の汚染量をより低レベルに制御可能な研磨剤組成物、研磨方法が強く望まれている。
特開２００４−１４０１７３号公報

本発明は、かかる強い要求に鑑みなされたもので、半導体ウエーハの金属汚染防止に資する、半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤、半導体ウエーハ研磨剤組成物、半導体ウエーハ金属汚染防止方法、及び半導体ウエーハを提供することを目的としている。

本発明者等は鋭意研究した結果、研磨工程に含まれる金属イオンを難溶性化して非イオン化し、研磨工程に存在する、または研磨工程中に発生する金属イオン（可溶性）の濃度を大きく低下させることができることを見出し本発明を完成した。

すなわち、本発明は、金属イオン難溶性化物を含むことを特徴とする、半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤に関する。

また本発明は、前記金属イオン難溶性化物が、硫化物イオンを含むことを特徴とする半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤に関する。

また本発明は、前記金属イオン難溶性化物が、Ｈ_２Ｓ、Ｌｉ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｉＳ、Ｓｉ_２Ｓからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤に関する。

また本発明は、前記金属イオンが、鉄、コバルト、ニッケル、銅、特にニッケル、銅であることを特徴とする半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤に関する。

さらに本発明は、本発明の係る前記半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤と、研磨剤とを少なくとも含むことを特徴とする半導体ウエーハ研磨剤組成物に関する。

また本発明に係る半導体ウエーハ研磨剤組成物は、前記半導体ウエーハ研磨剤組成物がアルカリ性半導体ウエーハ研磨剤組成物であることを特徴とする。

さらには、本発明は、半導体ウエーハを研磨する際に半導体ウエーハ表面近傍の金属による汚染を防止する方法であって、金属イオン難溶性化物を少なくとも含む半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いることを特徴とする半導体ウエーハ金属汚染防止方法に関する。本発明に係る半導体ウエーハ金属汚染防止方法には、金属イオン難溶性化物を少なくとも含む半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いる研磨方法をも含む。

さらには、本発明は、金属イオン難溶性化物を少なくとも含む半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いて研磨され、表面近傍における重金属元素の汚染量が１×１０^１０atoms／cm^２以下であることを特徴とする半導体ウエーハに関する。

本発明において研磨工程において汚染する金属イオンとは、半導体デバイスの製造に悪影響を及ぼす金属イオンであり、特に重金属イオンを意味する。重金属イオンには、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、亜鉛、鉄、コバルト、カドミニウム、錫、鉛、ニッケル、銅、水銀、銀であり、特に銅イオン、ニッケルイオンである。本発明において使用する難溶性化物により、研磨工程に存在する金属イオンを非イオン性の難溶性物質にすることにより、研磨工程中に半導体ウエーハ表面に吸着して汚染する可能性のある金属イオン（可溶性）の濃度を大きく低下させることができる。

さらにかかる研磨工程の終了後、洗浄工程により、難溶性化された金属イオンは容易に除去され、半導体ウエーハの表面近傍にはもはや金属イオンによる汚染は完全に防止されることとなる。

（半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤）
本発明の係る半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤は、研磨工程の際すでに含まれている金属イオン、又は研磨工程中に発生する金属イオンを難溶性の化合物に変換するための金属イオン難溶性化物を含むことを特徴とする。具体的な金属イオン難溶性化物は、研磨工程の条件（ｐＨ、共存する添加物、研磨剤）及び、汚染金属イオンの種類と量を鑑みて適宜選択することができる。

ここで汚染が問題となる金属、又は金属イオンについては、鉄、コバルト、ニッケル、マグネシウム、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、アルミニウムが挙げられるが、特に問題となるのはニッケル、銅である。これらの金属、金属イオンは種々の経路を経て研磨工程に存在しうる。研磨工程の前工程からすでに含まれている金属、金属イオン、又は研磨工程中にも金属、金属イオンが発生しうる。具体的には研磨装置由来の金属、金属イオンが挙げられる。

従って、本発明において使用可能な金属イオン難溶性化物は、これらの金属イオンであって通常溶解性のイオンを難溶性の化合物に変換することができる物であれば特に制限はない。かかる性質を有する種々の有機物、無機物、若しくはそれらの複合体が挙げられるが、本発明において特に上で挙げた金属イオンを難溶性化するために無機物を使用し、無機金属化合物とすることが好ましい。

このうち特に本発明において、研磨工程で通常使用される研磨条件であるアルカリ性研磨工程において上記金属イオンをほぼ完全に難溶性化することができる硫化物イオンの使用が好ましい。ここで、硫化物イオンには、Ｓ^２−、ＳＨ−には制限されずその他の複数のＳ（若しくは他の元素）が含まれる種々の形のイオン性物を含む。具体的には、Ｈ_２Ｓ、Ｌｉ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｓ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｉＳ、Ｓｉ_２Ｓが挙げられる。

硫化物イオンの調製方法には特に制限はなく、溶液、固体、ガスのいずれの状態でも調製することができ、適宜選択することができる。

具体的には、固体のＮａ_２Ｓ塩を水溶液として種々の濃度に調製する方法が挙げられる。または、アルカリ水溶液中にガス状のＨ_２Ｓを吹き込んで種々の濃度に調製することができる。通常Ｓ^２−イオンとして０．００１〜１％の範囲の濃度の使用が好ましい。

（半導体ウエーハ研磨剤組成物）
本発明に係る半導体ウエーハ研磨剤組成物は、上で説明した本発明に係る金属イオン難溶性化物と、半導体ウエーハ用研磨剤とを少なくとも含むことを特徴とする。

ここで半導体ウエーハ用研磨剤の種類は、通常公知の種々のタイプの研磨剤が使用可能であり、特に制限はない。具体的にはＭａｚｉｎ（デュポン）、ＧＬＡＮＺＯＸ（株式会社フジミインコーポレーテッド）が挙げられる。また金属イオン難溶性化物の添加量についても特に制限はなく、汚染金属イオンの種類、量、また使用する研磨剤やその他の添加剤等との組み合わせて適宜選択することが容易である。本発明においてはＳ^２−イオンとして０．００１〜１％の範囲で任意に調整することができる。

本発明の半導体ウエーハ研磨剤組成物の調製方法についても特に制限はないが、研磨工程の前、若しくは研磨工程の際に必要な量を添加して調製することができる。

（半導体ウエーハ金属汚染防止方法及び半導体ウエーハ）
本発明に係る半導体ウエーハ金属汚染防止方法は、上で説明した本発明に係る半導体ウエーハ研磨剤組成物を従来公知の半導体ウエーハ研磨方法に使用することを特徴とする半導体ウエーハの研磨の際の金属汚染を防止する方法である。ここで本発明が使用可能な従来公知の半導体ウエーハ研磨方法については特に制限はなく、例えばケミカルメカニカルポリッシング法において好ましく使用できる。また研磨装置についても特に制限はない。従来公知の研磨装置を用いて、本発明の半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いて通常の研磨条件（研磨速度０．０１〜１μｍ／分）で容易に研磨工程を実施することができる。

さらに、研磨工程の後、研磨工程で使用した研磨剤組成物を洗浄除去するための洗浄工程が実施される。この洗浄工程により、難溶性化された金属イオンが効率的に除去される。この洗浄後の半導体ウエーハの表面近傍は、ほぼ完全に金属汚染が防止されている。半導体ウエーハの表面近傍の金属汚染の測定は、通常公知の分析方法が適用可能である。具体的には、ポリシリコンを堆積した後に表面を適当な厚さで酸を使用して溶解し、得られた溶液に含まれる種々の金属イオンを元素分析することができる。例えば、原子吸光分析法が挙げられる。本発明の半導体ウエーハは、研磨後の表面近傍に存在する金属元素量を５×１０^１０atoms／cm^２以下に抑制された半導体ウエーハであって、上記の方法によって初めて安定して得ることが可能となる。特に、表面近傍におけるニッケル、又は銅のいずれの汚染量も１×１０^１０atoms／cm^２以下に抑制できる。

以下、本発明について実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。

試料：直径２０ｃｍ、厚さ７２５μｍのシリコンウエーハを用いた。

研磨剤組成物：以下の通り調製した。ＮｉおよびＣｕをおよそ１０ｐｐｂ含有させたコロイダルシリカ系研磨剤ＧＬＡＮＺＯＸ ＨＰ−２０（株式会社フジミインコーポレーテッド製）希釈液５０リットルに、Ｎａ_２Ｓ・９Ｈ_２Ｏを５０ｇ加えた。比較のためＮａ_２Ｓ・９Ｈ_２Ｏを加えない研磨材組成物を調製した。

研磨条件：ラップマスター社製研磨装置を使用した。研磨条件は、室温下、圧力２００ｇ／ｃｍ^２、回転数３０ｒｐｍ、循環量３リットル／分、研磨時間１０分であった。

結果：表１に研磨条件と金属イオンの測定結果をまとめた。

この結果からＮａ_２Ｓを研磨剤組成物に添加することにより、半導体ウエーハの表面近傍の金属汚染を極めて効果的に防止できることがわかる。

本発明を用いることにより、研磨工程の半導体ウエーハ表面近傍の金属汚染が防止でき、研磨後の表面近傍に存在する金属元素量を５×１０^１０atoms／cm^２以下に抑制された半導体ウエーハを製造することができる。

Claims (9)

1. 金属イオン難溶性化物を含むことを特徴とする、半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤。
2. 前記金属イオン難溶性化物が、硫化物イオンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤。
3. 前記金属イオン難溶性化物が、Ｈ_２Ｓ、Ｌｉ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｓ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｉＳ、Ｓｉ_２Ｓからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤。
4. 前記金属イオンが、ニッケル、銅であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤。
5. 前記半導体ウエーハ研磨剤用金属汚染防止剤と、研磨剤とを少なくとも含むことを特徴とする、半導体ウエーハ研磨剤組成物。
6. 前記半導体ウエーハ研磨剤組成物が、アルカリ性半導体ウエーハ研磨剤組成物であることを特徴とする、請求項５に記載の半導体ウエーハ研磨剤組成物。
7. 半導体ウエーハを研磨する際に半導体ウエーハ表面近傍の金属による汚染を防止する方法であって、金属イオン難溶性化物を少なくとも含む半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いることを特徴とする、半導体ウエーハ金属汚染防止方法。
8. 金属イオン難溶性化物を少なくとも含む半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いて研磨され、表面近傍における重金属元素の汚染量が５×１０^１０atoms／cm^２以下であることを特徴とする、半導体ウエーハ。
9. 金属イオン難溶性化物を少なくとも含む半導体ウエーハ研磨剤組成物を用いて研磨され、表面近傍におけるニッケルおよび銅の汚染量が１×１０^１０atoms／cm^２以下であることを特徴とする、半導体ウエーハ。