JP2008072094A - Polishing composition for semiconductor wafer, production method thereof, and polishing method - Google Patents

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邦明 前島
Shinsuke Miyabe
慎介 宮部
Masahiro Izumi
昌宏 泉
Hiroaki Tanaka
弘明 田中
Makiko Kuroda
真希子 黒田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing composition for a semiconductor wafer not easily resulting in particle contamination, particularly "leaving of polishing particle" on the flat surface such as a wafer at the time of polishing the flat surface and edge of device wafer, etc. <P>SOLUTION: A colloidal silica is prepared from an active silicic acid aqueous solution obtained by removing alkali from an alkali silicate aqueous solution and a quaternary ammonium base, and is stabilized with a quaternary ammonium base. The polishing composition for semiconductor wafers contains no alkali metals. The polishing composition contains a buffer solution that is a combination of a weak acid having a pKa from 8.0 to 12.5 at 25°C (pKa is a logarithm of the reciprocal of acid dissociation constant) and a quaternary ammonium base, and exhibits a buffer action in the range from pH8 to pH11 at 25°C. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコンウエハあるいは表面に金属膜、酸化物膜、窒化物膜等(以下、金属膜等と記載する)が形成された半導体デバイス基板等の半導体ウエハの平面およびエッジ部分に研磨加工を施すウエハ研磨用組成物及びその製造方法に関する。更に本発明は前記ウエハ研磨用組成物を使用して半導体ウエハの平面およびエッジ部分の鏡面加工を行なう加工方法に係る。   The present invention polishes the planar and edge portions of a semiconductor wafer such as a semiconductor device substrate on which a silicon film or a metal film, oxide film, nitride film, etc. (hereinafter referred to as a metal film) is formed. The present invention relates to a wafer polishing composition to be applied and a method for producing the same. Furthermore, the present invention relates to a processing method for performing mirror processing of the plane and edge portions of a semiconductor wafer using the wafer polishing composition.

シリコン単結晶等半導体素材を原材料としたIC、LSIあるいは超LSI等の電子部品は、シリコンあるいはその他の化合物半導体の単結晶インゴットを薄い円板状にスライスしたウエハに多数の微細な電気回路を書き込み分割した小片状の半導体素子チップを基に製造されるものである。インゴットからスライスされたウエハは、ラッピング、エッチング、更には研磨(以下ポリッシングと記載することもある)という工程を経て、平面およびエッジ面が鏡面に仕上げられた鏡面ウエハに加工される。ウエハは、その後のデバイス工程にてその鏡面仕上げされた表面に微細な電気回路が形成されて行くのであるが、現在、LSIの高速化の観点から、配線材料は従来のAlからより電気抵抗の低いCuに、配線間の絶縁膜は、シリコン酸化膜からより誘電率の低い低誘電率膜に、更にCuと低誘電率膜の間に、Cuが低誘電率膜中に拡散することを防止するためのタンタルや窒化タンタルによるバリア膜を介した構造を有する配線形成プロセスに移行しつつある。こうした配線構造の形成と高集積化のために、層間絶縁膜の平坦化、多層配線の上下配線間の金属接続部(プラグ)形成や埋め込み配線形成などに繰り返し頻繁に研磨工程が行われる。この平面の研磨においては、合成樹脂発泡体あるいはスウェード調合成皮革等よりなる研磨布を展張した定盤上に半導体ウエハを載置し、押圧回転しつつ研磨用組成物溶液を定量的に供給しながら加工を行なう方法が一般的である。
エッジ面は上記の金属膜等が不規則に堆積した状態となっている。半導体素子チップに分割されるまではウエハは最初の円板状の形状を保ったままエッジ部を支えにした搬送等の工程が入る。搬送時にウエハの外周側面エッジが不規則な構造形状であると、搬送装置との接触により微小破壊が起こり微細粒子を発生する。その後の工程で発生した微粒子が散逸して精密加工を施した面を汚染し、製品の歩留まりや品質に大きな影響を与える。この微粒子汚染を防止するために、金属膜等の形成後に半導体ウエハのエッジ部分を鏡面研磨する加工が必要となっている。
Electronic parts such as IC, LSI, or VLSI using semiconductor materials such as silicon single crystal as raw materials write many fine electric circuits on a wafer obtained by slicing a silicon or other compound semiconductor single crystal ingot into a thin disk shape. It is manufactured based on the divided piece-like semiconductor element chip. The wafer sliced from the ingot is processed into a mirror wafer having a mirror-finished flat surface and edge surface through processes of lapping, etching, and polishing (hereinafter also referred to as polishing). In the wafer process, a fine electrical circuit is formed on the mirror-finished surface in the subsequent device process. Currently, from the viewpoint of increasing the speed of LSI, the wiring material is more resistant than the conventional Al. In low Cu, the insulating film between wiring prevents the diffusion of Cu into the low dielectric constant film from the silicon oxide film to the low dielectric constant film having a lower dielectric constant, and between Cu and the low dielectric constant film. Therefore, the process is moving to a wiring formation process having a structure through a barrier film of tantalum or tantalum nitride. In order to form such a wiring structure and achieve high integration, a polishing process is frequently performed repeatedly for flattening an interlayer insulating film, forming a metal connection part (plug) between upper and lower wirings of a multilayer wiring, and forming a buried wiring. In this flat surface polishing, a semiconductor wafer is placed on a surface plate on which a polishing cloth made of a synthetic resin foam or a suede-like synthetic leather is stretched, and a polishing composition solution is quantitatively supplied while pressing and rotating. However, the method of processing is common.
The edge surface is in a state where the above metal film or the like is irregularly deposited. Until the wafer is divided into semiconductor element chips, the wafer is subjected to a process such as conveyance with the edge portion supported while maintaining the original disk shape. If the outer peripheral side edge of the wafer has an irregular structure at the time of transfer, micro-breakage occurs due to contact with the transfer device, and fine particles are generated. The fine particles generated in the subsequent processes are dissipated and contaminate the surface that has been subjected to precision processing, greatly affecting the product yield and quality. In order to prevent this fine particle contamination, it is necessary to perform mirror polishing of the edge portion of the semiconductor wafer after the formation of the metal film or the like.

上述のエッジ研磨は、研磨布支持体の表面に、合成樹脂発泡体、合成皮革あるいは不織布等からなる研磨布を貼付した研磨加工機に、半導体ウエハのエッジ部分を押圧しながら、シリカ等の研磨砥粒を主成分とする研磨用組成物溶液を供給しつつ、研磨布支持体とウエハもしくはどちらか一方を回転させて達成される。この際用いられる研磨用組成物の砥粒としては、シリコンウエハのエッジ研磨に用いられるものと同等のコロイダルシリカや、デバイスウエハの平面研磨に用いられるヒュームドシリカやセリア、アルミナなどが提案されている。特にコロイダルシリカやヒュームドシリカは微細な粒子であるため平滑な鏡面を得られ易く注目されている。
このような研磨用組成物は「スラリー」とも呼ばれ、以下にそのように記載することもある。
The above-mentioned edge polishing is performed by polishing silica or the like while pressing the edge portion of a semiconductor wafer on a polishing machine in which a polishing cloth made of synthetic resin foam, synthetic leather or nonwoven fabric is attached to the surface of the polishing cloth support. This is achieved by rotating a polishing pad support and / or a wafer while supplying a polishing composition solution containing abrasive grains as a main component. As abrasive grains of the polishing composition used at this time, colloidal silica equivalent to that used for edge polishing of silicon wafers, fumed silica, ceria, alumina, etc. used for planar polishing of device wafers have been proposed. Yes. In particular, colloidal silica and fumed silica are fine particles, and are attracting attention because they can easily obtain a smooth mirror surface.
Such a polishing composition is also referred to as a “slurry” and may be described as such below.

シリカ砥粒を主成分とする研磨用組成物は、アルカリ成分を含む溶液が一般的で、加工の原理は、アルカリ成分による化学的作用、具体的には酸化珪素膜や金属膜等の表面に対する浸蝕作用とシリカ砥粒の機械的な研磨作用を併用したものである。具体的には、アルカリ成分の侵食作用により、ウエハ等被加工物表面に薄い軟質の浸蝕層が形成される。その浸蝕層を微細砥粒粒子の機械的研磨作用により除去する機構と推定されており、この工程を繰り返すことにより加工が進むと考えられている。被加工物の研磨後、洗浄工程が施され被加工面およびエッジ部からシリカ砥粒やアルカリ液が取り除かれる。   A polishing composition mainly composed of silica abrasive grains is generally a solution containing an alkali component, and the principle of processing is chemical action by the alkali component, specifically, the surface of a silicon oxide film, a metal film or the like. This is a combination of the erosion action and the mechanical polishing action of silica abrasive grains. Specifically, a thin soft erosion layer is formed on the surface of a workpiece such as a wafer by the erosion action of an alkali component. It is presumed to be a mechanism for removing the eroded layer by the mechanical polishing action of fine abrasive grains, and it is considered that the processing proceeds by repeating this process. After polishing the workpiece, a cleaning step is performed to remove silica abrasive grains and alkaline liquid from the processed surface and the edge portion.

この洗浄工程において、ウエハ表面に研磨砥粒が残存する問題が指摘されている。ウエハ表面の砥粒の残存は研磨条件や洗浄方法により大きく改善することが可能であるが、反面研磨速度の大幅な低下、洗浄方法の煩雑化を伴い、課題の解決に至っていない。
さらに、デバイス配線の微細化は年々顕著になってきており、国際半導体技術ロードマップ(International Technology Roadmap for Semiconductors)によれば、デバイスの配線幅の目標値として2004年90nm、2007年65nm、2010年50nm、2013年35nmが示されている。デバイスの配線幅の微細化が進むにつれ研磨後、半導体ウエハ表面に対しいっそうの清浄度が要求される。半導体ウエハの研磨に用いる研磨剤には、前述の通り数十nm程度の粒子径の研磨砥粒が含まれている。従来は、配線幅に対し研磨砥粒の粒子径が十分小さいため半導体ウエハ表面に生じる研磨砥粒の残存は大きな課題とならなかった。しかし、デバイス配線の微細化により、研磨砥粒の粒子径とデバイスの配線幅がほぼ同じ大きさとなり、半導体ウエハ表面に対する研磨砥粒の残存はデバイスの動作不良をもたらすため、深刻な課題となっている。
In this cleaning process, a problem that abrasive grains remain on the wafer surface has been pointed out. Although the remaining abrasive grains on the wafer surface can be greatly improved by the polishing conditions and the cleaning method, on the other hand, the problem has not been solved due to a significant decrease in the polishing rate and complication of the cleaning method.
Furthermore, miniaturization of device wiring is becoming more and more noticeable year by year. According to the International Technology Roadmap for Semiconductors, the target wiring width for devices is 90 nm in 2004, 65 nm in 2007, and 2010. 50nm, 2013 35nm are shown. As the device wiring width becomes finer, the surface of the semiconductor wafer needs to be more clean after polishing. The abrasive used for polishing the semiconductor wafer contains abrasive grains having a particle diameter of about several tens of nanometers as described above. Conventionally, the abrasive grain remaining on the surface of the semiconductor wafer has not been a major problem because the grain size of the abrasive grains is sufficiently small relative to the wiring width. However, due to miniaturization of the device wiring, the particle size of the abrasive grains and the device wiring width are almost the same size, and the remaining abrasive grains on the surface of the semiconductor wafer cause a malfunction of the device, which is a serious problem. ing.

従来から半導体ウエハの鏡面研磨では、様々な研磨用組成物が提案されている。たとえば、特許文献1では、炭酸ナトリウムと酸化剤を含有するコロイダルシリカが開示されている。特許文献2には、エチレンジアミンを含有するコロイダルシリカが開示されている。特許文献3には、繭状の形状をしたシリカ粒子の使用が記載されている。特許文献4には、エチレン・ジアミン・ピロカテコールとシリカの微粉末を含有する水溶液を用いたデバイスウエハの研磨方法が開示されている。特許文献5には、グリシン、過酸化水素、ベンゾトリアゾールとシリカの微粉末を含有する水溶液を用いた半導体ウエハの研磨方法が開示されている。特許文献6には、KOH水溶液に平均粒子径5〜30nmのヒュームドシリカを分散した研磨剤とその製法が開示されている。特許文献7には、カチオン交換によりナトリウムを除去したコロイダルシリカの研磨スラリーが記載されており、研磨促進剤としてアミンの添加および殺細菌剤としての第4アンモニウム塩の添加が提案されている。特許文献8には、特定のアミンの使用が記載されている。特許文献9には、コロイダルシリカの粒子成長工程で使用するアルカリ剤として、水酸化ナトリウムの代わりに水酸化テトラメチルアンモニウムを使用してコロイダルシリカを製造し、実質的にナトリウムを含有しない研磨用高純度コロイダルシリカが記載されている。特許文献10には、弱酸と強塩基、弱酸と弱塩基あるいは弱酸と弱塩基の何れかの組み合わせのものを添加することによって、pH8.7〜10.6の間で緩衝作用を有する緩衝溶液として調整された酸化珪素コロイド溶液が記載されている。特許文献11には、アルカリ成分と酸成分とを加えた緩衝作用を持つ研磨用組成物であって、アルカリ成分として第4アンモニウムを用いたものが記載されている。   Conventionally, various polishing compositions have been proposed for mirror polishing of semiconductor wafers. For example, Patent Document 1 discloses colloidal silica containing sodium carbonate and an oxidizing agent. Patent Document 2 discloses colloidal silica containing ethylenediamine. Patent Document 3 describes the use of silica particles having a bowl-like shape. Patent Document 4 discloses a device wafer polishing method using an aqueous solution containing ethylene / diamine / pyrocatechol and silica fine powder. Patent Document 5 discloses a method for polishing a semiconductor wafer using an aqueous solution containing fine powders of glycine, hydrogen peroxide, benzotriazole and silica. Patent Document 6 discloses an abrasive in which fumed silica having an average particle diameter of 5 to 30 nm is dispersed in an aqueous KOH solution and a method for producing the same. Patent Document 7 describes a polishing slurry of colloidal silica from which sodium has been removed by cation exchange, and has proposed the addition of an amine as a polishing accelerator and the addition of a quaternary ammonium salt as a bactericidal agent. Patent Document 8 describes the use of specific amines. In Patent Document 9, colloidal silica is produced using tetramethylammonium hydroxide in place of sodium hydroxide as an alkali agent used in the particle growth process of colloidal silica, and is substantially free of sodium. Purity colloidal silica is described. Patent Document 10 discloses a buffer solution having a buffering action between pH 8.7 and 10.6 by adding a combination of either a weak acid and a strong base, a weak acid and a weak base, or a weak acid and a weak base. A conditioned silicon oxide colloidal solution is described. Patent Document 11 describes a polishing composition having a buffering action in which an alkali component and an acid component are added, and using quaternary ammonium as the alkali component.

上記特許文献1、特許文献2のようにコロイダルシリカを用いる場合には不純物の問題がある。コロイダルシリカは珪酸ソーダを原料として製造され、ナトリウムなどのアルカリ金属が比較的多く含まれており、砥粒残りの起きやすい材料である。特許文献3の繭状の形状をしたシリカ粒子は、有機珪素化合物を原料にして製造されるので高純度であり、アルカリ金属を含まない点で優れているが、このシリカ粒子は柔らかいため、研磨速度が低いことが欠点である。特許文献4、特許文献5ではアルカリ金属を含まない点で優れているが、シリカの微粉末を用いる記載であるからヒュームドシリカの使用であり、研磨速度は高いが研磨面にスクラッチが発生しやすくなる。特許文献6はヒュームドシリカを用いたスラリーであり、研磨速度は高いが研磨面にスクラッチが発生しやすくなり、かつKOH水溶液を使用しており適切な材料ではない。特許文献7に記載の低ナトリウムのコロイダルシリカは同文献7ページに明記されているように、研磨促進剤はアミンであり、第4アンモニウム塩は研磨促進効果も有する殺細菌剤として微量添加されている。実施例ではアミンとしてはアミノエチルエタノールアミンとピペラジンの使用が記載されている。最近になって、アミンはその金属キレート形成作用のため、ウエハの金属汚染、特に銅汚染の原因になることが判ってきた。また、同文献ではpH調製にKOHを使用と記載されナトリウム量の低減を課題としている。特許文献8にはアミノエチルエタノールアミンによるウエハ汚染の危険性が記載されている。特許文献9記載のコロイダルシリカは、水相および粒子表面、粒子内部にもナトリウムが存在しないため極めて好ましい研磨剤である。しかしながら、水酸化第4アンモニウムだけでは研磨時のpH変動が大きく、大気中の炭酸ガスによるpH低下も大きいため、安定した研磨速度が得られない。   When colloidal silica is used as in Patent Document 1 and Patent Document 2, there is a problem of impurities. Colloidal silica is manufactured from sodium silicate as a raw material, and contains a relatively large amount of alkali metal such as sodium, and is a material in which abrasive grains are likely to remain. The silica particles having a bowl-like shape of Patent Document 3 are manufactured using an organosilicon compound as a raw material and are excellent in that they are high purity and do not contain an alkali metal. The disadvantage is that the speed is low. Patent Documents 4 and 5 are excellent in that they do not contain an alkali metal. However, since they use silica fine powder, fumed silica is used, and the polishing speed is high, but scratches occur on the polishing surface. It becomes easy. Patent Document 6 is a slurry using fumed silica, which has a high polishing rate but tends to generate scratches on the polished surface and uses a KOH aqueous solution, and is not a suitable material. In the low sodium colloidal silica described in Patent Document 7, as specified on page 7 of the same document, the polishing accelerator is an amine, and the quaternary ammonium salt is added in a small amount as a bactericidal agent having a polishing promoting effect. Yes. In the examples, the use of aminoethylethanolamine and piperazine as the amine is described. Recently, amines have been found to cause metal contamination of wafers, particularly copper contamination, due to their metal chelate-forming action. In the same document, KOH is used for pH adjustment, and reduction of the amount of sodium is an issue. Patent Document 8 describes the risk of wafer contamination by aminoethylethanolamine. The colloidal silica described in Patent Document 9 is a very preferable abrasive because sodium does not exist in the aqueous phase, the particle surface, and the inside of the particle. However, with only quaternary ammonium hydroxide, the pH variation during polishing is large, and the pH drop due to carbon dioxide in the atmosphere is also large, so a stable polishing rate cannot be obtained.

半導体ウエハのエッジ部分の研磨加工と、半導体ウエハの平面部分の研磨加工を比較すると、後者に比較し前者は、研磨布がエッジ部分に接触する時間が短いため、加工面にかかる圧力を高く、かつ加工面に対する研磨布の線速度も速くしてある。すなわち、平面研磨に比べ、エッジ部分の研磨加工工程は大変過酷な条件であるといえる。半導体ウエハのエッジ部分はその面粗さは大変粗い。このような加工条件下において、従来のヒュームドシリカを用いた半導体ウエハの平面研磨用組成物を用いても十分な研磨速度と面粗さは得られない。   Comparing the polishing process of the edge part of the semiconductor wafer and the polishing process of the flat part of the semiconductor wafer, the former is shorter in time for the polishing cloth to contact the edge part than the latter, so the pressure applied to the processing surface is high, In addition, the linear velocity of the polishing cloth with respect to the processed surface is also increased. That is, it can be said that the polishing process of the edge portion is a very severe condition as compared with the planar polishing. The edge of the semiconductor wafer has a very rough surface. Under such processing conditions, a sufficient polishing rate and surface roughness cannot be obtained even if a conventional semiconductor wafer planar polishing composition using fumed silica is used.

特開昭62−101034号公報 第5頁JP-A-62-101034, page 5 特開平2−146732号公報 特許請求の範囲JP-A-2-146732 Patent Claim 特開平11−60232号公報 第2頁Japanese Patent Laid-Open No. 11-60232, page 2 特開平6−53313号公報 第3頁JP-A-6-53313, page 3 特開平8−83780号公報 第5頁JP-A-8-83780, page 5 特開平9−193004号公報 特許請求の範囲Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-193004 特開平3−202269号公報 特許請求の範囲 第7頁Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-202269 Patent Page 7 特開2002−105440号公報 第2頁Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-105440, page 2 特開2003−89786号公報JP 2003-89786 A 特開平11−302634号公報 特許請求の範囲Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-302634 特開2000−80349号公報 特許請求の範囲JP, 2000-80349, A Claims

本発明の目的は、半導体ウエハ表面に生じる砥粒の残存を抑制し、かつ高い研磨速度を維持しつつ、良好な面粗さが得られる半導体ウエハの平面およびエッジ部分の鏡面研磨用組成物およびその製造方法を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、前記研磨用組成物を用いた、半導体ウエハの平面およびエッジ部分の鏡面研磨方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a composition for mirror polishing of a planar surface and an edge portion of a semiconductor wafer, in which a good surface roughness is obtained while suppressing residual abrasive grains generated on the surface of the semiconductor wafer and maintaining a high polishing rate, and It is in providing the manufacturing method. Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for mirror polishing of the planar and edge portions of a semiconductor wafer using the polishing composition.

本発明者等は、アルカリ金属を含まず、第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカであって、25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5の弱酸および第4アンモニウム塩基を組み合わせた緩衝溶液を含み、かつ25℃においてpH8〜11の間で緩衝作用を有することを特徴とする半導体ウエハ研磨用組成物を用いることにより、半導体ウエハの平面およびエッジ部分の鏡面研磨加工が効果的に行なえることを見出し、本発明を完成するに到った。   The present inventors are colloidal silica that does not contain an alkali metal and is stabilized by a quaternary ammonium base, and the logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. is 8.0 to 12.5. By using a semiconductor wafer polishing composition comprising a buffer solution in which a weak acid and a quaternary ammonium base are combined and having a buffering action at 25 ° C. between pH 8-11, the plane and edges of the semiconductor wafer are obtained. The inventors have found that the mirror polishing of the portion can be effectively performed, and have completed the present invention.

即ち、本発明の第一の発明は、珪酸アルカリ水溶液からアルカリを除去して得られた活性珪酸水溶液と第4アンモニウム塩基によって製造される第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカであって、アルカリ金属を含まず、25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5の弱酸および第4アンモニウム塩基を組み合わせた緩衝溶液を含み、かつ25℃においてpH8〜11の間で緩衝作用を有することを特徴とする半導体ウエハ研磨用組成物である。
第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカが非球状のシリカ粒子を含有することが好ましい。
前記研磨用組成物は、コロイド溶液全体に対してシリカ濃度が2〜50重量%である水分散液であることが好ましい。
また、前記研磨用組成物は、25℃における導電率がシリカ粒子1重量%あたり15mS/m以上であることが好ましい。
前記導電率は、強酸と第4アンモニウム塩基の塩を有することによって、25℃における導電率が、シリカ粒子1重量%あたり15mS/m以上となるように調製されていることが好ましい。
前記強酸と第4アンモニウムの塩としては、硫酸第4アンモニウム、硝酸第4アンモニウムまたはフッ化第4アンモニウムであることが好ましい。
前記弱酸を構成する陰イオンは、炭酸イオン及び/または炭酸水素イオンであり、かつ第4アンモニウムがコリンイオン、テトラメチルアンモニウムイオンもしくはテトラエチルアンモニウムイオンまたはこれらの混合物であることが好ましい。コリンはトリメチル(ヒドロキシエチル)アンモニウムの通称である。
また、前記半導体ウエハ研磨用組成物中のコロイダルシリカのシリカ粒子のBET法による平均粒子径は、10nm乃至200nmであることが好ましい。
That is, the first invention of the present invention is a colloidal silica stabilized by a quaternary ammonium base produced by an active silicate aqueous solution obtained by removing alkali from an alkali silicate aqueous solution and a quaternary ammonium base, It contains a buffer solution containing a weak acid and a quaternary ammonium base having no alkali metal, a reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. (pKa) of 8.0 to 12.5, and a pH of 8 to 11 at 25 ° C. It is a semiconductor wafer polishing composition characterized by having a buffering action between.
The colloidal silica stabilized with a quaternary ammonium base preferably contains non-spherical silica particles.
The polishing composition is preferably an aqueous dispersion having a silica concentration of 2 to 50% by weight based on the entire colloidal solution.
The polishing composition preferably has an electrical conductivity at 25 ° C. of 15 mS / m or more per 1% by weight of silica particles.
The conductivity is preferably adjusted such that the conductivity at 25 ° C. is 15 mS / m or more per 1% by weight of silica particles by having a strong acid and a salt of a quaternary ammonium base.
The strong acid and quaternary ammonium salt is preferably quaternary ammonium sulfate, quaternary ammonium nitrate or quaternary ammonium fluoride.
The anion constituting the weak acid is preferably a carbonate ion and / or a bicarbonate ion, and the quaternary ammonium is preferably a choline ion, a tetramethylammonium ion, a tetraethylammonium ion or a mixture thereof. Choline is a common name for trimethyl (hydroxyethyl) ammonium.
Moreover, it is preferable that the average particle diameter by the BET method of the silica particle of the colloidal silica in the said semiconductor wafer polishing composition is 10 nm-200 nm.

また、本発明の第二の発明は、希釈した珪酸ナトリウムをカチオン交換樹脂に接触させ、ナトリウムイオンを除去して活性珪酸水溶液を調製し、次いで活性珪酸水溶液に水酸化第4アンモニウム塩基を添加してpHを8乃至11として加熱してコロイド粒子を成長させ、限外ろ過により濃縮してシリカ濃度が10〜60重量%のアルカリ金属を含まないコロイダルシリカを作成し、該コロイダルシリカを研磨用のシリカ濃度2〜50重量%に調製すると同時に緩衝組成となるよう弱酸と第4アンモニウム塩基を加えることを特徴とする半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法である。   In the second aspect of the present invention, diluted sodium silicate is brought into contact with a cation exchange resin, sodium ions are removed to prepare an aqueous active silicic acid solution, and then a quaternary ammonium hydroxide base is added to the active silicic acid aqueous solution. The colloidal particles are grown by heating at a pH of 8 to 11 and concentrated by ultrafiltration to prepare a colloidal silica containing 10 to 60% by weight of silica and containing no alkali metal. The colloidal silica is used for polishing. A method for producing a composition for polishing a semiconductor wafer, comprising preparing a silica concentration of 2 to 50% by weight and simultaneously adding a weak acid and a quaternary ammonium base to obtain a buffer composition.

本発明の第三の発明は、半導体ウエハ平面の上下面もしくは、片面に研磨布を貼付した回転可能な定盤に半導体ウエハを押圧し、前記の研磨用組成物を供給しつつ、定盤及び/または半導体ウエハを回転させて半導体ウエハの平面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の第四の発明は、表面に研磨布を貼付したドラム形状の研磨部材または、円弧状をした作業面を持つ研磨部材を有する研磨装置に、前記の研磨用組成物を供給しつつ、半導体ウエハのエッジ部分を押圧し、研磨部材及び/または半導体ウエハを回転させながら、半導体ウエハのエッジ部分を研磨することを特徴とする研磨方法である。
The third invention of the present invention is to press the semiconductor wafer against the upper and lower surfaces of the semiconductor wafer plane or a rotatable surface plate having a polishing cloth affixed on one side, and supply the polishing composition, A polishing method is characterized in that the semiconductor wafer is rotated to polish the flat surface of the semiconductor wafer.
The fourth invention of the present invention is to supply the polishing composition to a polishing apparatus having a drum-shaped polishing member having a polishing cloth affixed to the surface or a polishing member having an arcuate work surface, A polishing method comprising polishing an edge portion of a semiconductor wafer while pressing the edge portion of the semiconductor wafer and rotating the polishing member and / or the semiconductor wafer.

本発明による研磨用組成物を用いれば、半導体ウエハ等の研磨において平面部にパーティクル汚染、特に砥粒の残存(以下、「砥粒残り」と記す)を起こしにくいという卓越した効果が得られる。「砥粒残り」とは、研磨中に研磨用組成物の砥粒成分がウエハの平面部分に固着してしまい、洗浄後にも平面部分に砥粒が残留している状態である。本発明により、従来比較的対策が不十分であった平面部の砥粒残りを解決し、ウエハの鏡面研磨加工において優れた研磨力とその持続性をもった研磨用組成物が得られたものであり、関連業界に及ぼす効果は極めて大である。   When the polishing composition according to the present invention is used, an excellent effect is obtained that it is difficult to cause particle contamination, in particular, residual abrasive grains (hereinafter referred to as “abrasive residual grains”) on a flat surface in polishing a semiconductor wafer or the like. The “abrasive grain residue” is a state in which the abrasive grain component of the polishing composition adheres to the planar portion of the wafer during polishing, and the abrasive grains remain on the planar portion even after cleaning. According to the present invention, a polishing composition having an excellent polishing power and its durability in mirror polishing of a wafer has been solved by solving abrasive grains remaining on a flat surface, which has been relatively insufficient in the past. The effect on related industries is extremely large.

本発明の研磨用組成物は水相、シリカ粒子表面及びシリカ粒子内部にアルカリ金属を含まず、第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカであることが肝要である。市販のナトリウムで安定化されたコロイダルシリカは一般に20乃至50重量%のシリカ(SiO)成分と、0.1乃至0.3重量%のNaO成分(Naに換算して0.07乃至0.22重量%)とを含有している。Naの量をシリカ当たりで表せば、シリカ当たり0.2乃至0.7重量%を含有している。一般に粒子径の大きいコロイダルシリカほどNa量は少ない。 It is important that the polishing composition of the present invention is a colloidal silica which does not contain an alkali metal in the aqueous phase, the surface of the silica particles and the inside of the silica particles and is stabilized by a quaternary ammonium base. Colloidal silica stabilized with commercially available sodium is generally 20 to 50 wt% silica (SiO 2 ) component and 0.1 to 0.3 wt% Na 2 O component (0.07 to 0.07 in terms of Na). 0.22% by weight). When the amount of Na is expressed per silica, it contains 0.2 to 0.7% by weight per silica. In general, the colloidal silica having a larger particle diameter has a smaller amount of Na.

「安定化」について少し説明する。例えば、シリカ粒子が純水に分散している状態では粒子表面にはシラノール基があり、その外側は水分子だけである。粒子はブラウン運動で振動し移動するため、粒子同士の衝突が起こり、シラノール基間で脱水縮合がおこり、粒子は連結し、連結が拡大してゆくと、コロイドは粘性が上がり、最終的にはゲル状となる。一方、例えば、シリカ粒子がpH9程度の希水酸化ナトリウム水溶液に分散している状態では粒子表面のシラノール基の外側には水和したナトリウムカチオンが存在し、粒子はアニオン電荷を帯び、ナトリウムカチオンの水和相の外側にはOHイオンが接近して存在し、更にその外側に水分子が存在することになる。シリカ粒子表面がこのような拘束相を有することで、粒子間には反発力が生じ、粒子の衝突、連結が起こらなくなる。これを「安定化」と呼んでいる。 A little explanation about "stabilization". For example, in a state where silica particles are dispersed in pure water, there are silanol groups on the particle surface, and the outside is only water molecules. Since the particles vibrate and move due to Brownian motion, the particles collide with each other, dehydration condensation occurs between the silanol groups, the particles are connected, and as the connection expands, the viscosity of the colloid increases, eventually It becomes a gel. On the other hand, for example, when the silica particles are dispersed in a dilute aqueous sodium hydroxide solution having a pH of about 9, hydrated sodium cations exist outside the silanol groups on the surface of the particles, and the particles have an anionic charge, outside the hydration phase OH - ions are present in close proximity, further there will be water molecules on the outside. When the silica particle surface has such a constrained phase, a repulsive force is generated between the particles, and collision and connection of the particles do not occur. This is called “stabilization”.

水酸化ナトリウムで安定化されたコロイダルシリカは、水相、シリカ粒子表面及びシリカ粒子内部にNaを含有している。シリカ粒子内部のNaはシリカ当たり0.1乃至0.5重量%である。水相及びシリカ粒子表面のNaは、コロイダルシリカをプロトン型のカチオン交換樹脂に接触させることで除去することができるが、シリカ粒子内部のNaは一部が、常温では数ヶ月単位の速さで徐々に粒子表面へ移動してきて、pHの変化として観察される。水相及びシリカ粒子表面のNaが再び存在するようになる。   Colloidal silica stabilized with sodium hydroxide contains Na in the aqueous phase, the surface of the silica particles, and the inside of the silica particles. Na in the silica particles is 0.1 to 0.5% by weight per silica. Na on the surface of the aqueous phase and silica particles can be removed by bringing colloidal silica into contact with a proton-type cation exchange resin, but a portion of Na inside the silica particles is at a rate of several months at room temperature. It gradually moves to the particle surface and is observed as a change in pH. The aqueous phase and the Na on the silica particle surface again exist.

一方、本発明のように第4アンモニウム塩基で安定化されたコロイダルシリカにも、微量のナトリウムは存在する。希釈した珪酸ナトリウムをカチオン交換樹脂に接触させ、ナトリウムイオンを除去して活性珪酸水溶液を調製するのであるが、ナトリウムイオンは完全には除去できず活性珪酸水溶液に微量存在する。通常、このNa量は重量でシリカ当たり50ppm以下である。本発明ではこの程度のNa量は許容できるものとする。   On the other hand, trace amounts of sodium are also present in colloidal silica stabilized with a quaternary ammonium base as in the present invention. The diluted sodium silicate is brought into contact with a cation exchange resin to remove sodium ions to prepare an active silicic acid aqueous solution. However, sodium ions cannot be completely removed and are present in a trace amount in the active silicic acid aqueous solution. Usually, the amount of Na is 50 ppm or less per silica by weight. In the present invention, this amount of Na is acceptable.

第4アンモニウム塩基で安定化されたコロイダルシリカの製造方法について以下に記載する。
まず、原料として用いる珪酸アルカリ水溶液としては、通常水ガラス(水ガラス1号〜4号等)と呼ばれる珪酸ナトリウム水溶液が好適に用いられる。このものは比較的安価であり、容易に手に入れることができる。また、Naイオンを嫌う半導体用途の製品を考慮すると珪酸カリウム水溶液も原料としてふさわしい。固体状のメタ珪酸アルカリを水に溶かして珪酸アルカリ水溶液を調製する方法もある。メタ珪酸アルカリは晶析工程を経て製造されるため、不純物の少ないものがある。珪酸アルカリ水溶液は、必要に応じて水で希釈して使用する。
希釈した珪酸アルカリ水溶液はカチオン交換樹脂と接触させて活性珪酸水溶液を製造する。本発明で使用するカチオン交換樹脂は、公知のものを適宜選択して使用することができ、とくに制限されない。珪酸アルカリ水溶液とカチオン交換樹脂との接触工程は、例えば珪酸アルカリ水溶液をシリカ濃度3〜10重量%に水で希釈し、次いでH型強酸性カチオン交換樹脂に接触させて脱アルカリし、必要に応じてOH型強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて脱アニオンすることによって行うことができる。この工程により、活性珪酸水溶液が調製される。前記接触条件の詳細は、従来から既に様々な提案があり、本発明ではそれら公知のいかなる条件も採用することができる。
A method for producing colloidal silica stabilized with a quaternary ammonium base is described below.
First, as the alkali silicate aqueous solution used as a raw material, a sodium silicate aqueous solution usually called water glass (water glass No. 1 to No. 4 etc.) is preferably used. This is relatively inexpensive and can be easily obtained. In addition, considering a product for semiconductor use that dislikes Na ions, an aqueous potassium silicate solution is also suitable as a raw material. There is also a method of preparing an alkali silicate aqueous solution by dissolving a solid alkali metal silicate in water. Alkali metasilicates are produced through a crystallization process, and therefore some of them have few impurities. The aqueous alkali silicate solution is diluted with water as necessary.
The diluted alkali silicate aqueous solution is brought into contact with a cation exchange resin to produce an active silicate aqueous solution. The cation exchange resin used in the present invention can be appropriately selected from known ones and is not particularly limited. The contact step of the alkali silicate aqueous solution and the cation exchange resin is, for example, diluting the alkali silicate aqueous solution with water to a silica concentration of 3 to 10% by weight, then contacting the H-type strongly acidic cation exchange resin for dealkalization, and if necessary It can be carried out by contacting with an OH type strongly basic anion exchange resin to deanion. By this step, an active silicic acid aqueous solution is prepared. There have been various proposals for details of the contact conditions, and any known conditions can be adopted in the present invention.

次いで、コロイド粒子の成長工程を行う。この成長工程では、常法のアルカリ金属水酸化物は使用せず、第4アンモニウム塩基を使用する。第4アンモニウム塩基としては、上記したものが使用される。この成長工程では、常法の操作が行われ、例えばコロイド粒子の成長のため、pHが8以上となるよう第4アンモニウム塩基を添加し、60〜240℃に加熱することができる。100℃以上ではオートクレーブを用いた水熱処理となる。温度が高いほど粒子径は大きくなる。また、ビルドアップの方法をとり、pHが8以上の60〜240℃の種ゾルに、活性珪酸を添加していく方法もある。ビルドアップは一般的には80〜100℃の大気圧下で行う。いずれの方法を行ったとしても、シリカの粒子径が10〜200nmになるように粒子成長を行う。粒子の分散状態は単分散でもよいし、2次凝集があってもよく、用途に応じて使い分けることができる。粒子の形状は真球状であっても、非球形状であってもよく用途に応じて使い分けることができる。アルカリ金属水酸化物を使用する常法の製造方法と異なり、第4アンモニウム塩基を使用した粒子成長では、非球形状の粒子を安易に製造することができる。   Next, a colloidal particle growth step is performed. In this growth step, a quaternary ammonium base is used instead of a conventional alkali metal hydroxide. As the quaternary ammonium base, those described above are used. In this growth step, a conventional operation is performed. For example, for the growth of colloidal particles, a quaternary ammonium base can be added so as to have a pH of 8 or more, and the mixture can be heated to 60 to 240 ° C. Above 100 ° C, hydrothermal treatment is performed using an autoclave. The higher the temperature, the larger the particle size. In addition, there is a method in which activated silica is added to a seed sol having a pH of 8 or higher and a temperature of 60 to 240 ° C. by using a build-up method. Build-up is generally performed at an atmospheric pressure of 80 to 100 ° C. Regardless of which method is used, particle growth is performed so that the particle diameter of silica is 10 to 200 nm. The dispersed state of the particles may be monodispersed or secondary agglomerated, and can be properly used depending on the application. The shape of the particles may be true spherical or non-spherical, and can be properly used depending on the application. Unlike conventional production methods using alkali metal hydroxides, non-spherical particles can be easily produced by particle growth using a quaternary ammonium base.

次に、シリカの濃縮を行うが、水分の蒸発濃縮でもよいが、エネルギー的には限外濾過の方が有利である。
限外濾過によりシリカを濃縮するときに使用される限外濾過膜について説明する。限外濾過膜が適用される分離は対象粒子が1nmから数ミクロンであるが、溶解した高分子物質をも対象とするため、ナノメータ域では濾過精度を分画分子量で表現している。本発明では、分画分子量15000以下の限外濾過膜を好適に使用することができる。この範囲の膜を使用すると1nm以上の粒子は分離することが出来る。更に好ましくは分画分子量3000〜15000の限外濾過膜を使用する。3000未満の膜では濾過抵抗が大きすぎて処理時間が長くなり不経済であり、15000を超えると、精製度が低くなる。膜の材質はポリスルホン、ポリアクリルニトリル、焼結金属、セラミック、カーボンなどあり、いずれも使用できるが、耐熱性や濾過速度などからポリスルホン製が使用しやすい。膜の形状はスパイラル型、チューブラー型、中空糸型などあり、どれでも使用できるが、中空糸型がコンパクトで使用しやすい。また、限外濾過工程が、金属不純物の洗い出し除去をかねている場合、必要に応じて、目標濃度に達した後も純水を加えるなどして、更に洗い出し除去を行って、除去率を高める作業を行うこともできる。この工程でシリカの濃度が10〜60重量%、特に20〜50重量%となるように濃縮するのがよい。
Next, silica is concentrated, but evaporative concentration of water may be used, but ultrafiltration is advantageous in terms of energy.
The ultrafiltration membrane used when concentrating silica by ultrafiltration will be described. Separation to which an ultrafiltration membrane is applied has target particles of 1 nm to several microns, but since dissolved polymer substances are also targeted, filtration accuracy is expressed in the nanometer range as a fractional molecular weight. In the present invention, an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut-off of 15000 or less can be preferably used. When a film in this range is used, particles of 1 nm or more can be separated. More preferably, an ultrafiltration membrane having a molecular weight cutoff of 3000 to 15000 is used. If the membrane is less than 3000, the filtration resistance is too large and the treatment time becomes long and uneconomical, and if it exceeds 15000, the degree of purification becomes low. The material of the membrane includes polysulfone, polyacrylonitrile, sintered metal, ceramic, carbon and the like. Any of them can be used, but polysulfone is easy to use because of its heat resistance and filtration speed. There are spiral, tubular, and hollow fiber types that can be used, but the hollow fiber type is compact and easy to use. In addition, when the ultrafiltration process also serves to wash out and remove metal impurities, work to increase the removal rate by further washing out and removing by adding pure water after reaching the target concentration, if necessary. Can also be done. In this step, it is preferable to concentrate so that the silica concentration is 10 to 60% by weight, particularly 20 to 50% by weight.

また、限外濾過工程の前後いずれかに、必要に応じてイオン交換樹脂による精製工程を加えることができる。例えば、H型強酸性カチオン交換樹脂に接触させて粒子成長工程で混入した不純物金属やアルカリ金属を除去することができ、OH型強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて脱アニオンして精製することで、一層の高純度化を計ることができる。
以上のようにして,シリカの粒子径が10〜200nmであり、且つシリカの濃度が10〜60重量%である高純度のコロイダルシリカが得られる。
Further, a purification step using an ion exchange resin can be added as needed before or after the ultrafiltration step. For example, impurities and alkali metals mixed in the particle growth process can be removed by contacting with an H-type strongly acidic cation exchange resin, and purified by deanion by contacting with an OH-type strongly basic anion exchange resin. Therefore, further high purity can be achieved.
As described above, high-purity colloidal silica having a silica particle size of 10 to 200 nm and a silica concentration of 10 to 60% by weight is obtained.

アルカリ金属を含まず、第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカに、25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5の弱酸および第4アンモニウム塩基を組み合わせた緩衝溶液を添加混合し、25℃においてpH8〜11となるようにし、かつpH8〜11の間で緩衝作用を有する半導体ウエハ研磨用組成物を作成する。
第4アンモニウム塩基としてはコリンイオン、テトラメチルアンモニウムイオンもしくはテトラエチルアンモニウムイオンまたはこれらの混合物であることが好ましい。その他の第4アンモニウム塩基としては、炭素数4以下のアルキル基または炭素数4以下のヒドロキシアルキル基から構成される第4アンモニウムイオンが好ましく、アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基であり、ヒドロキシアルキル基としてはヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基である。具体的にはテトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、メチルトリヒドロキシエチルアンモニウムイオン、トリエチル(ヒドロキシエチル)アンモニウムイオンなどが入手しやすく、好ましい。
更にその他の第4アンモニウム塩基としては、ベンジルトリメチルアンモニウムイオン、フェニルトリメチルアンモニウムイオンなども入手しやすく、好ましい。
第4アンモニウム塩基は有機基の種類によりウエハに対する腐食性および研磨性能が異なり、また砥粒の洗浄性も異なるため、適宜選択して用いることが好ましく、複数を組み合わせて用いることも好ましい。
A colloidal silica that does not contain an alkali metal and is stabilized by a quaternary ammonium base is combined with a weak acid having a logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. of 8.0 to 12.5 and a quaternary ammonium base. The semiconductor wafer polishing composition is prepared by adding and mixing the buffer solution so that the pH is 8 to 11 at 25 ° C. and having a buffer action between pH 8 and 11.
The quaternary ammonium base is preferably choline ion, tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion or a mixture thereof. As the other quaternary ammonium base, a quaternary ammonium ion composed of an alkyl group having 4 or less carbon atoms or a hydroxyalkyl group having 4 or less carbon atoms is preferable. As the alkyl group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group is preferable. The hydroxyalkyl group is a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group, a hydroxypropyl group, or a hydroxybutyl group. Specifically, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, methyltrihydroxyethylammonium ion, triethyl (hydroxyethyl) ammonium ion, etc. are easily available and preferable.
Further, as other quaternary ammonium bases, benzyltrimethylammonium ion, phenyltrimethylammonium ion and the like are easily available and preferable.
The quaternary ammonium base has different corrosiveness and polishing performance with respect to the wafer depending on the type of organic group, and also has different abrasive cleaning properties. Therefore, it is preferable to select and use a combination of a plurality of quaternary ammonium bases.

水相及びシリカ粒子表面のナトリウムを除去し、第4アンモニウム塩基で安定化したコロイダルシリカのシリカ粒子がウエハ表面に固着しにくいという現象は、本発明者らにより初めて明らかになったのであるが、その機構については以下のように推測できる。まず、水酸化ナトリウムで安定化したコロイダルシリカの場合には、研磨後のウエハ表面に研磨スラリーが付着したままでの僅かな時間の経過中に、水分の若干の蒸発を伴い、シリカ粒子とウエハ表面金属(または金属酸化物)を水酸化ナトリウムが腐食し、シリカと金属水酸化物の結合が起こる。結合は、粒子表面と金属水酸化物表面の融着によるか、あるいはシリカの陰電荷と金属水酸化物表面の陽電荷による静電気的な結合とも考えられる。   The phenomenon that the silica particles of colloidal silica that have been removed from the aqueous phase and the surface of the silica particles and stabilized with a quaternary ammonium base are difficult to stick to the wafer surface was first revealed by the present inventors. The mechanism can be estimated as follows. First, in the case of colloidal silica stabilized with sodium hydroxide, the silica particles and the wafer are accompanied by a slight evaporation of water during the lapse of a short time while the polishing slurry remains attached to the polished wafer surface. Sodium hydroxide corrodes the surface metal (or metal oxide), and silica and metal hydroxide are bonded. The bonding may be due to fusion between the particle surface and the metal hydroxide surface, or electrostatic bonding due to the negative charge of silica and the positive charge of the metal hydroxide surface.

一方、第4アンモニウム塩基で安定化したコロイダルシリカの場合には、シリカ粒子表面には第4アンモニウムイオンが存在し、ウエハ表面にも第4アンモニウムイオンが存在し、どちらの表面も第4アンモニウムイオンのアルキル基がむき出しになっている。このアルキル基同士の反発力がシリカ粒子のウエハ表面への固着を防止している。金属防食の分野では第4アンモニウム塩基やアミンはインヒビター(防錆剤)として扱われており、分子中の窒素原子が金属面に吸着し、アルキル基側が液相面に向くことで、金属に撥水相を形成して防食作用を発現するとされている。それと似た防食作用がウエハ表面でも発現されていると考えられる。   On the other hand, in the case of colloidal silica stabilized with a quaternary ammonium base, quaternary ammonium ions are present on the surface of the silica particles, and quaternary ammonium ions are also present on the wafer surface. The alkyl group of is exposed. The repulsive force between the alkyl groups prevents the silica particles from sticking to the wafer surface. In the field of metal anticorrosion, quaternary ammonium bases and amines are treated as inhibitors (rust inhibitors). Nitrogen atoms in the molecule are adsorbed on the metal surface, and the alkyl group side faces the liquid phase surface. It is said that it forms an aqueous phase and exhibits an anticorrosive action. It is considered that a similar anticorrosive action is also exhibited on the wafer surface.

本発明の研磨用組成物において、組成物全体に対するシリカ濃度が2〜50重量%である水分散液であることが好ましい。研磨用組成物の研磨力をより向上させる観点から、シリカの濃度は、10〜25重量%であることがより望ましい。   The polishing composition of the present invention is preferably an aqueous dispersion having a silica concentration of 2 to 50% by weight based on the entire composition. From the viewpoint of further improving the polishing power of the polishing composition, the concentration of silica is more preferably 10 to 25% by weight.

さらに、本発明においては、実際の研磨加工時に安定な研磨力を持続するために、溶液全体のpHを8〜11の範囲に保つことが好ましい。pHが8未満であると研磨速度は低下し実用の範囲からは外れることがある。また、pHが11を超えると、研磨部以外でのエッチングが強くなりすぎ、またシリカ粒子が凝集を始めるため研磨用組成物の安定性が低下しこれも実用の範囲から外れることがある。   Furthermore, in the present invention, it is preferable to maintain the pH of the entire solution in the range of 8 to 11 in order to maintain a stable polishing force during actual polishing. When the pH is less than 8, the polishing rate decreases and may be out of the practical range. On the other hand, when the pH exceeds 11, the etching at the portion other than the polishing portion becomes too strong, and the silica particles start to aggregate, so that the stability of the polishing composition is lowered, which may be out of the practical range.

さらに、このpHは摩擦、熱、外気との接触あるいは他の成分との混合等、考えられる外的条件により容易に変化しないことが好ましい。特にエッジ研磨においては、研磨用組成物は循環流として使用される。すなわち、スラリータンクから研磨部位へ供給された研磨用組成物は、スラリータンクへ戻す方式で使用される。アルカリ剤だけを含む研磨用組成物は、使用時に短時間でpHが低下してしまう。これは、被研磨物の溶解や洗浄水の混入によるもので、pHの変動がもたらす研磨速度の変動は、研磨不足もしくは、研磨を行いすぎるために生じるオーバーポリッシュを起こしやすくなる。   Furthermore, it is preferable that this pH does not change easily due to possible external conditions such as friction, heat, contact with outside air, or mixing with other components. Particularly in edge polishing, the polishing composition is used as a circulating flow. That is, the polishing composition supplied from the slurry tank to the polishing site is used in a manner of returning to the slurry tank. The polishing composition containing only the alkali agent is lowered in pH in a short time during use. This is due to dissolution of the object to be polished and mixing of cleaning water, and fluctuations in the polishing rate caused by fluctuations in pH tend to cause overpolishing due to insufficient polishing or excessive polishing.

本発明の研磨用組成物のpHを一定に保つために好ましくは、25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5の弱酸と、第4アンモニウム強塩基を組み合わせて緩衝溶液組成とするのが良い。この場合もpH8〜11の間で緩衝作用を有することが好ましい。pHが8〜11の間で緩衝作用を有するとは、本発明の研磨組成物を水で100倍に希釈した後のpHが8〜11の間であることをいう。
弱酸を構成する陰イオンは、炭酸イオン及び/または炭酸水素イオンであり、かつ第4アンモニウム強塩基を構成する陽イオンがコリンイオン、テトラメチルアンモニウムイオンまたはテトラエチルアンモニウムイオンのうち少なくとも一つであることが好ましい。その他の第4アンモニウムイオンとしては、前記の物が使用される。
従って、本発明においては研磨用組成物自体を、外的条件の変化に対してpH変化の幅が少ない、所謂緩衝作用の強い液とすることが好ましい。緩衝溶液を形成するためには、25℃における酸解離定数(Ka)の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5の範囲にある弱酸および第4アンモニウム強塩基を組み合わせて使用すればよい。25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0未満の場合、pHを上昇させるために、弱酸及び強塩基を大量に添加することが必要となるため好ましくない。25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が12.5より大きい場合、pHを8〜11の範囲で安定させる大きな緩衝作用を持つ緩衝溶液を形成しにくいため好ましくない。
In order to keep the pH of the polishing composition of the present invention constant, a weak acid having a logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. of 8.0 to 12.5, and a strong quaternary ammonium base are preferably used. The buffer solution composition is preferably combined. Also in this case, it is preferable to have a buffering action between pH 8-11. The phrase “having a buffering action when the pH is between 8 and 11” means that the pH after the polishing composition of the present invention is diluted 100 times with water is between 8 and 11.
The anion constituting the weak acid is carbonate ion and / or bicarbonate ion, and the cation constituting the quaternary ammonium strong base is at least one of choline ion, tetramethylammonium ion or tetraethylammonium ion. Is preferred. As the other quaternary ammonium ions, those mentioned above are used.
Therefore, in the present invention, it is preferable that the polishing composition itself is a liquid having a strong so-called buffering action, which has a small range of pH change with respect to changes in external conditions. In order to form a buffer solution, a weak acid and a strong quaternary ammonium base having a logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant (Ka) at 25 ° C. in the range of 8.0 to 12.5 are used. That's fine. When the logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. is less than 8.0, it is not preferable because it is necessary to add a large amount of a weak acid and a strong base in order to increase the pH. If the logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. is larger than 12.5, it is not preferable because it is difficult to form a buffer solution having a large buffering action that stabilizes the pH in the range of 8-11.

本発明において、緩衝作用を有する研磨用組成物溶液の形成に使用する弱酸としては、炭酸(pKa=6.35)、炭酸水素(pKa=10.33)が好ましく、ホウ酸(pKa=9.24)、燐酸(pKa=2.15、7.20、12.35)類及び水溶性の有機酸等があげられ、またその混合物であってもかまわない。また、強塩基としては、第4アンモニウムの水酸化物が使用される。本発明で述べる緩衝溶液とは、上述の組合せで形成され、溶液の中で弱酸が価数の異なるイオンとして解離している状態、または、解離状態と未解離状態が共存している溶液を示し、少量の酸または、塩基が混入してもpHの変化が少ないことが特徴である。   In the present invention, the weak acid used for forming the polishing composition solution having a buffering action is preferably carbonic acid (pKa = 6.35) or hydrogen carbonate (pKa = 10.33), and boric acid (pKa = 9. 24), phosphoric acid (pKa = 2.15, 7.20, 12.35), water-soluble organic acids, and the like, or a mixture thereof. In addition, a quaternary ammonium hydroxide is used as the strong base. The buffer solution described in the present invention refers to a solution formed by the combination described above, in which a weak acid is dissociated as ions having different valences, or a dissociated state and an undissociated state coexist. It is characterized by little change in pH even when a small amount of acid or base is mixed.

本発明においては、研磨用組成物溶液の導電率を高くすることにより、研磨加工速度を著しく向上することができる。導電率とは液中の電気の通り易さを示す数値であり、電気抵抗値の逆数値である。本発明においては導電率の数値(milli・Siemens)をシリカ1重量%当たりに換算した数値で示す。本発明においては、25℃における導電率が15mS/m/1%−SiO以上であれば研磨加工速度の向上に対して好ましく、20mS/m/1%−SiO以上であれば更に好ましい。塩類の添加はコロイドの安定性を低下させるため、添加には上限がある。上限はシリカの粒子径によって異なるが、概ね60mS/m/1%−SiO程度である。
上述のように、この加工は、その成分であるアルカリの化学的作用、具体的には酸化珪素膜や金属膜等の被加工物に対する浸蝕性を応用したものである。すなわち、アルカリの腐食性により、ウエハ等被加工物表面に薄い軟質の浸蝕層が形成される。その薄層を微細な砥粒粒子の機械的作用により除去してゆくことにより加工が進むのである。金属膜の浸蝕は金属が酸化される反応であり、金属表面は接触している溶液から電子を受け取り、水酸化金属イオンとして溶液に移動する。この電子の授与が速やかに進行するためには、溶液の導電率が高いことが必要である。
In the present invention, the polishing process speed can be remarkably improved by increasing the conductivity of the polishing composition solution. The conductivity is a numerical value indicating the ease of passing electricity in the liquid, and is an inverse value of the electric resistance value. In the present invention, the numerical value of conductivity (milli · Siemens) is shown as a numerical value converted to 1% by weight of silica. In the present invention, further preferably equal to preferably against improvement of polishing rate if the conductivity at 25 ° C. is 15mS / m / 1% -SiO 2 or more, 20mS / m / 1% -SiO 2 or more. Since the addition of salts reduces the stability of the colloid, there is an upper limit for the addition. The upper limit varies depending particle size of silica is approximately 60mS / m / 1% -SiO 2 approximately.
As described above, this processing is an application of the chemical action of alkali, which is its component, specifically, the erodibility to a workpiece such as a silicon oxide film or a metal film. That is, a thin soft erosion layer is formed on the surface of a workpiece such as a wafer due to the corrosiveness of alkali. The processing proceeds by removing the thin layer by the mechanical action of fine abrasive grains. The erosion of the metal film is a reaction in which the metal is oxidized, and the metal surface receives electrons from the solution in contact and moves to the solution as metal hydroxide ions. In order for this donation of electrons to proceed quickly, the conductivity of the solution needs to be high.

導電率を上昇させる方法としては、次の二方法がある。一つは緩衝溶液の濃度を高くする方法、もう一つは塩類を添加する方法である。緩衝溶液の濃度を高くするには、酸と塩基とのモル比を変えずに濃度のみを高くすればよい。塩類を添加する方法に用いる塩類は、酸及び塩基の組み合わせより構成されるが、酸としては、強酸、弱酸いずれであってもかまわず、鉱酸および、有機酸が使用でき、その混合物でもよい。塩基としては、水溶性の第4アンモニウムの水酸化物が使用される。弱酸及び強塩基、強酸及び弱塩基、弱酸及び弱塩基の組み合わせで添加する場合は、緩衝溶液のpHを変化させることがあるため、大量に添加することは望ましくない。前述の二方法を併用してもかまわない。
強酸と第4アンモニウム塩基の塩としては、硫酸第4アンモニウム、硝酸第4アンモニウムまたはフッ化第4アンモニウムの少なくとも一つであることが好ましい。第4アンモニウム強塩基を構成する陽イオンはコリンイオン、テトラメチルアンモニウムイオンまたはテトラエチルアンモニウムイオンのうち少なくとも一つであることが好ましい。その他の第4アンモニウムイオンとしては、前記の物が使用される。
There are the following two methods for increasing the conductivity. One is a method of increasing the concentration of the buffer solution, and the other is a method of adding salts. In order to increase the concentration of the buffer solution, it is only necessary to increase the concentration without changing the molar ratio of acid to base. The salt used in the method of adding salts is composed of a combination of an acid and a base, but the acid may be either a strong acid or a weak acid, and a mineral acid and an organic acid can be used, or a mixture thereof may be used. . A water-soluble quaternary ammonium hydroxide is used as the base. When adding in a combination of a weak acid and a strong base, a strong acid and a weak base, a weak acid and a weak base, the pH of the buffer solution may be changed. The above two methods may be used in combination.
The salt of the strong acid and the quaternary ammonium base is preferably at least one of quaternary ammonium sulfate, quaternary ammonium nitrate, or quaternary ammonium fluoride. The cation constituting the strong quaternary ammonium base is preferably at least one of choline ion, tetramethylammonium ion or tetraethylammonium ion. As the other quaternary ammonium ions, those mentioned above are used.

コロイダルシリカのシリカ粒子のBET法による平均粒子径が10nm乃至200nm、好ましくは20nm乃至120nmであることが好ましい。ここで言うBET法による平均粒子径とは、粉末化したコロイダルシリカの比表面積を窒素吸着BET法で測定し、下式に基づき、比表面積から真球換算で算出した平均一次粒子径である。   The average particle diameter of colloidal silica silica particles by BET method is preferably 10 nm to 200 nm, preferably 20 nm to 120 nm. The average particle diameter according to the BET method referred to here is an average primary particle diameter calculated from the specific surface area in terms of a true sphere based on the following formula, by measuring the specific surface area of powdered colloidal silica by the nitrogen adsorption BET method.

2720/比表面積(m/g)=真球換算で算出した平均一次粒子径(nm) 2720 / specific surface area (m 2 / g) = average primary particle diameter (nm) calculated in terms of true sphere

また、本発明の研磨用組成物は、銅と水不溶性のキレート化合物を形成するキレート化剤を含有していることも好ましい。例えば、キレート化剤としては、ベンゾトリアゾールのようなアゾール類やキノリノール、キナルジン酸のようなキノリン誘導体など公知の化合物が好ましい。前記したように、エタノールアミンのような銅と水溶性のキレート化合物を形成するキレート化剤は好ましくない。   Further, the polishing composition of the present invention preferably contains a chelating agent that forms a water-insoluble chelate compound with copper. For example, as the chelating agent, known compounds such as azoles such as benzotriazole, quinoline derivatives such as quinolinol and quinaldic acid are preferable. As described above, a chelating agent that forms a water-soluble chelate compound with copper such as ethanolamine is not preferred.

本発明の研磨用組成物の物性を改良するため、界面活性剤、分散剤、消泡剤、沈降防止剤などを併用することができる。界面活性剤、分散剤、消泡剤、沈降防止剤としては、水溶性の有機物、無機層状化合物などがあげられる。また、本発明の研磨用組成物は水溶液としているが、有機溶媒を添加してもかまわない。本発明の研磨用組成物は、研磨時にコロイダルアルミナ、コロイダルセリア、コロイダルジルコニア等の他の研磨剤、塩基、添加剤、水等を混合して調製してもよい。   In order to improve the physical properties of the polishing composition of the present invention, a surfactant, a dispersant, an antifoaming agent, an anti-settling agent and the like can be used in combination. Examples of surfactants, dispersants, antifoaming agents, and antisettling agents include water-soluble organic substances and inorganic layered compounds. Moreover, although the polishing composition of the present invention is an aqueous solution, an organic solvent may be added. The polishing composition of the present invention may be prepared by mixing other polishing agents such as colloidal alumina, colloidal ceria, colloidal zirconia, a base, an additive, water and the like during polishing.

以上のとおり、本発明の研磨用組成物の製造においては、シリカ濃度が10乃至60重量%のコロイダルシリカを調製し、該コロイダルシリカに上述の緩衝溶液を添加し、pHを調整すると共にシリカ濃度を調整する。更に、本発明の研磨用組成物におけるシリカ濃度の調整及び/又は導電率の調整のために、上述した塩類の水溶液を添加してもよい。その他、必要に応じて脱イオン水等を適宜加えて本発明の研磨組成物とすることが好ましい。   As described above, in the production of the polishing composition of the present invention, colloidal silica having a silica concentration of 10 to 60% by weight is prepared, the above buffer solution is added to the colloidal silica, the pH is adjusted, and the silica concentration Adjust. Furthermore, in order to adjust the silica concentration and / or the conductivity in the polishing composition of the present invention, an aqueous solution of the above-described salts may be added. In addition, it is preferable to add deionized water or the like as necessary to obtain the polishing composition of the present invention.

次に本発明の研磨用組成物を用いた半導体ウエハの研磨加工方法について説明する。
平面研磨の場合、上下面もしくは、片面に合成樹脂発泡体あるいはスウェード調合成皮革等よりなる研磨布を貼付した回転可能な定盤に被加工物の研磨面を押圧し、酸化珪素の微粒子を水に分散させた研磨用組成物等を定量的に供給しがら、定盤及び被加工物もしくはそのどちらか一方を回転させて被加工物の研磨面を研磨加工する方法で行われる。本発明に用いる平面ポリッシング用加工機とは、例えばスピードファム社製SH−24片面研磨装置、FAM−20B両面研磨装置等に示される装置である。
Next, a method for polishing a semiconductor wafer using the polishing composition of the present invention will be described.
In the case of surface polishing, the polishing surface of the work piece is pressed against a rotatable surface plate having a polishing cloth made of synthetic resin foam or suede-like synthetic leather on the upper or lower surface or one surface, and silicon oxide fine particles are washed with water. While the polishing composition dispersed in is quantitatively supplied, the surface plate and / or the workpiece are rotated to polish the polished surface of the workpiece. The planar polishing processing machine used in the present invention is an apparatus shown in, for example, SH-24 single-side polishing apparatus, FAM-20B double-side polishing apparatus, etc. manufactured by Speedfam.

エッジ研磨の場合、一般的には回転可能な研磨布支持体の表面に、合成樹脂発泡体、合成皮革あるいは不織布等からなる研磨布を貼付した研磨加工機に、ワーク(被加工物)であるべべリング(面取り)を施したシリコンウエハ等のエッジ部分を回転させつつ傾斜押圧し、研磨用組成物を供給しながら、エッジ部分の研磨加工を行なう方法で行われる。本発明に用いるエッジポリッシング用加工機とは、例えばスピードファム社製EP−IV型エッジポリッシュ装置に示されるようなものであり、表面に研磨布を貼付した回転可能な研磨布支持体と、ワークを把持し回転し任意の角度で傾斜させる把持部とからなり、該把持部に取り付けられたワークのエッジ部分を前記研磨布支持体に押圧し、本発明の研磨用組成物を供給しながらワークと研磨布支持体の双方を回転せしめ、ワークのエッジ部分の鏡面研磨加工を行なう。即ち、回転しつつ少しずつ上昇あるいは下降して位置を変えてゆく研磨布支持体に、ワークを回転させながら一定の角度で押しあて、本発明の研磨用組成物を加工部分に滴下しながら研磨を行なう。本発明の研磨用組成物を用いた半導体ウエハの研磨加工方法は以下の実施例にて詳細に説明する。なお、装置については上記の記載に限定されるものではなく、例えば特開2000−317788号公報、特開2002−36079号公報などに記載のいかなる装置も使用可能である。   In the case of edge polishing, the workpiece (workpiece) is generally applied to a polishing machine in which a polishing cloth made of synthetic resin foam, synthetic leather or nonwoven fabric is attached to the surface of a rotatable polishing cloth support. The edge portion of a silicon wafer or the like subjected to beveling (chamfering) is inclined and pressed while being rotated, and the edge portion is polished while supplying the polishing composition. The edge polishing processing machine used in the present invention is, for example, as shown in an EP-IV type edge polishing apparatus manufactured by Speedfam Co., Ltd., a rotatable polishing cloth support having a polishing cloth affixed to the surface, and a workpiece A gripping part that grips, rotates, and tilts at an arbitrary angle, presses an edge part of the work attached to the gripping part against the polishing pad support, and supplies the polishing composition of the present invention to the work Both the polishing cloth support and the polishing cloth support are rotated to perform mirror polishing of the edge portion of the workpiece. That is, polishing is performed while dripping the polishing composition of the present invention onto a processed portion by pressing the workpiece at a certain angle while rotating the workpiece onto a polishing cloth support that gradually changes in position while rotating. To do. The method for polishing a semiconductor wafer using the polishing composition of the present invention will be described in detail in the following examples. The apparatus is not limited to the above description, and any apparatus described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-317788 and 2002-36079 can be used.

次に、実施例及び比較例をあげて本発明の半導体ウエハ研磨用組成物、及びそれを用いた研磨加工方法を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。   Next, the semiconductor wafer polishing composition of the present invention and the polishing method using the same will be specifically described with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples. Absent.

(実施例1)
<コロイダルシリカ原料Aの製造例>
脱イオン水2810KgにJIS3号珪酸ソーダ(SiO:28.8重量%、NaO:9.7重量%、HO:61.5重量%)520Kgを加えて均一に混合しシリカ濃度4.5重量%の希釈珪酸ソーダを作成した。この希釈珪酸ソーダを予め塩酸によって再生したH型強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライトIR120B)1000リットルのカラムに通して脱アルカリし、シリカ濃度3.7重量%でpH2.9の活性珪酸3800Kgを得た。この活性珪酸は、シリカ当たりのNaとKの含有率がそれぞれ80ppmと5ppmであった。次いで、ビルドアップの方法をとり、コロイド粒子を成長させた。すなわち、得られた活性珪酸の一部580Kgに攪拌下20%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を加えてpHを8.7とし、95℃に1時間保ち、残部の活性珪酸3220Kgを6時間かけて添加した。添加中は20%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を加えてpHを10に保ち、温度も95℃を保った。添加終了後、95℃で1時間熟成を行い、放冷した。続いて、分画分子量6000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製マイクローザUFモジュールSIP−1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度31重量%まで濃縮し、コロイダルシリカ約475Kgを回収した。このコロイダルシリカはシリカの粒子径が15nmで、シリカ当たりのNaとKの含有率がそれぞれ13ppmと1.2ppmであった。このコロイダルシリカのTEM写真を図1に示した。図1のシリカ粒子は、球状の粒子と、球が数個連結した「俵状」あるいは「V字型」の非球状の粒子の混在したものになっている。TEMでは、コロイダルシリカ粒子の短径は約20nm、長径は大きいもので約50nmであった。
(Example 1)
<Example of production of colloidal silica raw material A>
520 kg of JIS No. 3 sodium silicate (SiO 2 : 28.8 wt%, Na 2 O: 9.7 wt%, H 2 O: 61.5 wt%) was added to 2810 kg of deionized water and mixed uniformly to obtain a silica concentration of 4 A 5 wt% diluted sodium silicate was prepared. This diluted sodium silicate was passed through a 1000 liter column of H-type strongly acidic cation exchange resin (Amberlite IR120B manufactured by Organo Co., Ltd.) regenerated with hydrochloric acid in advance to remove the alkali, and the silica concentration was 3.7% by weight and pH 2.9. 3800 kg of active silicic acid was obtained. This active silicic acid had Na and K contents of 80 ppm and 5 ppm per silica, respectively. Next, the build-up method was taken to grow colloidal particles. That is, 20% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added to 580 kg of the obtained active silicic acid with stirring to adjust the pH to 8.7, maintained at 95 ° C. for 1 hour, and the remaining 3220 kg of active silicic acid was added over 6 hours. did. During the addition, a 20% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added to maintain the pH at 10, and the temperature was also maintained at 95 ° C. After completion of the addition, the mixture was aged at 95 ° C. for 1 hour and allowed to cool. Subsequently, pressure filtration was performed by pump circulation using a hollow fiber type ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 6000 (Microsa UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) to concentrate to a silica concentration of 31% by weight. About 475 kg of colloidal silica was recovered. The colloidal silica had a silica particle size of 15 nm and Na and K contents per silica of 13 ppm and 1.2 ppm, respectively. A TEM photograph of this colloidal silica is shown in FIG. The silica particles in FIG. 1 are a mixture of spherical particles and “saddle-shaped” or “V-shaped” non-spherical particles in which several spheres are connected. In TEM, colloidal silica particles had a minor axis of about 20 nm and a major axis of about 50 nm.

<添加剤Aの製造例>
純水37.5Kgに試薬の95%硫酸37.5Kgを加えて75Kgの希釈硫酸を作成し、この希釈硫酸に25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液265Kgを滴下して、pH7に中和して、硫酸テトラメチルアンモニウム水溶液340Kgを作成した。
<添加剤Bの製造例>
強攪拌下に25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液164Kgに炭酸ガスを吹き込み、pH8.4に中和して、33%炭酸水素テトラメチルアンモニウム水溶液184.2Kgを作成した。これに25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液149.1Kgを添加混合して、333.3Kgの緩衝組成用の混合テトラメチルアンモニウム溶液を作成した。
添加剤Bは、炭酸水素テトラメチルアンモニウムは弱酸としての炭酸(pKa=10.33)と強塩基との組み合わせになる塩であり本発明の緩衝溶液である。添加剤Bは、導電率を上げるための添加物である。
<Production example of additive A>
37.5 Kg of pure water is added to 37.5 Kg of pure water to make 75 Kg of diluted sulfuric acid. To this diluted sulfuric acid, 265 Kg of 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is added dropwise to neutralize to pH 7 to give tetrasulfate. 340 kg of aqueous methylammonium solution was prepared.
<Production example of additive B>
Carbon dioxide gas was blown into 164 kg of 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution under strong stirring, and neutralized to pH 8.4 to prepare 184.2 kg of 33% tetramethylammonium hydrogen carbonate aqueous solution. To this, 149.1 kg of a 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added and mixed to prepare 333.3 kg of a mixed tetramethylammonium solution for a buffer composition.
In the additive B, tetramethylammonium hydrogen carbonate is a salt that is a combination of carbonic acid (pKa = 10.33) as a weak acid and a strong base, and is the buffer solution of the present invention. Additive B is an additive for increasing electrical conductivity.

(実施例2)
<pH緩衝組成のコロイダルシリカの調製>
実施例1の調製方法によって作製したコロイダルシリカ17Kgに前記添加剤A及び添加剤Bをそれぞれ表1の水準になるよう加えて24時間混合した。こうしてpH緩衝作用を有し、シリカ濃度30%のコロイダルシリカを作成した。3種類のコロイダルシリカをそれぞれC−1、C−2、C−3と略記して、その性状を表2に記載した。なお、表中「Na(ppm/SiO)」はシリカ当たりのナトリウム濃度をあらわす。また、表中導電率「mS/m/1%−SiO」は導電率計を用いて各コロイダルシリカの導電率を測定し、測定値をシリカ濃度で除した値である。
(Example 2)
<Preparation of colloidal silica with pH buffer composition>
The additive A and additive B were added to 17 Kg of colloidal silica prepared by the preparation method of Example 1 so as to have the levels shown in Table 1, and mixed for 24 hours. Thus, colloidal silica having a pH buffering action and a silica concentration of 30% was prepared. Three types of colloidal silica were abbreviated as C-1, C-2, and C-3, respectively, and their properties are shown in Table 2. In the table, “Na (ppm / SiO 2 )” represents the sodium concentration per silica. In the table, the conductivity “mS / m / 1% -SiO 2 ” is a value obtained by measuring the conductivity of each colloidal silica using a conductivity meter and dividing the measured value by the silica concentration.

Figure 2008072094
Figure 2008072094

Figure 2008072094
Figure 2008072094

(実施例3)
実施例1および実施例2のコロイダルシリカを表2の各水準のシリカ濃度となるよう純水で希釈して下記の研磨試験を行ない、結果を表2に記載した。
(Example 3)
The colloidal silica of Example 1 and Example 2 was diluted with pure water so as to have the silica concentration of each level shown in Table 2, and the following polishing test was conducted. The results are shown in Table 2.

<研磨試験>
上述の方法にて8インチのポリSi膜付シリコンウエハの研磨実験を行なった。
本発明に使用したウエハエッジ研磨装置および研磨条件は以下の通りである。
研磨装置:スピードファム株式会社製、EPD−200X型エッジポリッシュ装置
ウエハ回転数:2000回/分
研磨時間:60秒/枚
研磨用組成物流量:3L/分
研磨布:suba400(ニッタ・ハース社製)
加重:40N/ユニット
ウエハは連続して10枚を研磨し10枚目のウエハについて下記の評価試験を行った。
<Polishing test>
A polishing experiment of an 8-inch silicon wafer with a poly-Si film was performed by the above-described method.
The wafer edge polishing apparatus and polishing conditions used in the present invention are as follows.
Polishing apparatus: EPF-200X type edge polishing apparatus manufactured by Speed Fam Co., Ltd. Wafer rotation speed: 2000 times / minute Polishing time: 60 seconds / sheet Polishing composition flow rate: 3 L / minute Polishing cloth: suba400 (manufactured by Nitta Haas) )
Weight: 40 N / unit 10 wafers were polished continuously, and the following evaluation test was performed on the 10th wafer.

エッジ研磨終了後、研磨用組成物に代えて純水を流して研磨用組成物を洗い流し、研磨装置からウエハを取り外し、1%アンモニア水溶液および純水を用いてブラシスクラブ洗浄後、窒素ブローを施しながらスピン乾燥を実施した。
上記にて得られたウエハについて、表面に付着した0.15μm以上のパーティクルをSEM及びレーザー光散乱法表面検査装置によりパーティクルの個数測定を行った。
さらに研磨面に生じるヘイズ及ピットの状態及びエッジポリッシュが不完全であることによって発生する削り残りを、集光灯下での目視観察及び、800倍での光学顕微鏡観察をワーク全周に対し実施した。研磨速度は、研磨前後のデバイスウエハの重量差より求めた。
After edge polishing is completed, pure water is used instead of the polishing composition to wash away the polishing composition, the wafer is removed from the polishing apparatus, brush scrub cleaning is performed using 1% aqueous ammonia and pure water, and nitrogen blowing is performed. Spin drying was carried out.
About the wafer obtained above, the number of particles of 0.15 μm or more adhering to the surface was measured by SEM and a laser light scattering surface inspection apparatus.
In addition, the haze and pits generated on the polished surface and the unfinished edge polishing caused by incomplete edge polishing were visually observed under a condenser lamp and observed with an optical microscope at a magnification of 800 times over the entire circumference of the workpiece. did. The polishing rate was determined from the weight difference between the device wafers before and after polishing.

(比較例1)
<コロイダルシリカD−1>
汎用のナトリウム安定化型コロイダルシリカ(シリカドール40:シリカ濃度40.4重量%、平均粒子径18nm、ナトリウム量4000ppm)128Kgに前記添加剤Bを3333g加えて24時間混合した。こうしてpH緩衝作用を有し、シリカ濃度39%でpH10.4のコロイダルシリカすなわち研磨用組成物を作成した。なお、この研磨用組成物の導電率は691mS/mであり、シリカ濃度で除して17.7mS/m/1%−SiOであった。
この研磨用組成物を用いて実施例1と同じ研磨試験を行ない、結果を表2に記載した。
(Comparative Example 1)
<Colloidal silica D-1>
3333 g of the additive B was added to 128 kg of general-purpose sodium-stabilized colloidal silica (silica doll 40: silica concentration 40.4 wt%, average particle size 18 nm, sodium content 4000 ppm) and mixed for 24 hours. Thus, colloidal silica having a pH buffering action and having a silica concentration of 39% and a pH of 10.4, that is, a polishing composition was prepared. The polishing composition had an electrical conductivity of 691 mS / m, and was 17.7 mS / m / 1% -SiO 2 divided by the silica concentration.
Using this polishing composition, the same polishing test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.

(実施例4)
実施例1および実施例2のコロイダルシリカを表3の各水準のシリカ濃度となるよう純水で希釈して下記の研磨試験を行ない、結果を表3に記載した。
<研磨試験>
上述の方法にて研磨実験を行なった。シリコンウエハとしてCZ法で製造された抵抗率0.01Ω・cm、結晶方位<100>、伝導型P型の8インチエッチドシリコンウエハを用いた。
本発明に使用したウエハ研磨装置および研磨条件は以下の通りである。
研磨条件は以下の方法で鏡面研磨を実施した。
研磨装置: スピードファム株式会社製 SH−24型
定盤回転数:70RPM
プレッシャープレート回転数:50RPM
研磨布:SUBA400(ニッタ・ハース社製)
荷重:150g/cm研磨用組成物流量:80ml/分
研磨時間:10分
平面研磨終了後、研磨用組成物に代えて純水を流して研磨用組成物を洗い流し、研磨装置からウエハを取り外し、1%アンモニア水溶液および純水を用いてブラシスクラブ洗浄後、窒素ブローを施しながらスピン乾燥を実施した。上記にて得られたウエハについて、表面に付着した0.15μm以上のパーティクルをSEM及びレーザー光散乱法表面検査装置によりパーティクルの個数測定を行った。研磨速度は、研磨前後のシリコンウエハの重量差より求めた。研磨面の評価は、集光灯下で肉眼にてヘイズ及びピットの状態を観察した。
Example 4
The colloidal silica of Example 1 and Example 2 was diluted with pure water so as to have the silica concentration of each level shown in Table 3, and the following polishing test was conducted. The results are shown in Table 3.
<Polishing test>
Polishing experiments were performed by the method described above. As the silicon wafer, an 8-inch etched silicon wafer having a resistivity of 0.01 Ω · cm, a crystal orientation <100>, and a conductivity type P-type manufactured by the CZ method was used.
The wafer polishing apparatus and polishing conditions used in the present invention are as follows.
The polishing conditions were mirror polishing by the following method.
Polishing apparatus: SH-24 type, speed fam Co., Ltd. Surface plate rotation speed: 70 RPM
Pressure plate rotation speed: 50 RPM
Polishing cloth: SUBA400 (made by Nitta Haas)
Load: 150 g / cm 2 Polishing composition flow rate: 80 ml / min Polishing time: 10 minutes After the surface polishing is completed, the polishing composition is washed away by flowing pure water instead of the polishing composition, and the wafer is removed from the polishing apparatus. After brush scrub cleaning with 1% aqueous ammonia and pure water, spin drying was performed while nitrogen blowing was performed. About the wafer obtained above, the number of particles of 0.15 μm or more adhering to the surface was measured by SEM and a laser light scattering surface inspection apparatus. The polishing rate was determined from the weight difference between the silicon wafers before and after polishing. The polished surface was evaluated by observing the state of haze and pits with the naked eye under a condensing lamp.

Figure 2008072094
Figure 2008072094

表2及び表3の実施例に示す結果から明らかなように、ナトリウムの存在しない研磨用組成物で、研磨用組成物を循環使用してエッジ部分の加工を行なった実験及び、平面の鏡面研磨実験においては、平面の砥粒残りが極めて少なく、研磨速度、エッジ表面状態ともに満足し得る結果が得られ、良好であった。これに対し、比較例に示すようにナトリウムの除去を行わない研磨用組成物では、平面の砥粒残りが多く、半導体性能に不具合が予想される結果となった。   As is apparent from the results shown in the examples of Tables 2 and 3, experiments were conducted in which the edge portion was processed by circulating the polishing composition using a polishing composition free of sodium and planar mirror polishing. In the experiment, flat abrasive grains remained very little, and satisfactory results were obtained in terms of both the polishing rate and the edge surface condition. On the other hand, as shown in the comparative example, the polishing composition that does not remove sodium has a large amount of abrasive grains remaining on the surface, resulting in an expected defect in semiconductor performance.

実施例1で得られた本発明のコロイダルシリカのTEM写真である。2 is a TEM photograph of the colloidal silica of the present invention obtained in Example 1. FIG. 比較例1で使用したコロイダルシリカのTEM写真である。3 is a TEM photograph of colloidal silica used in Comparative Example 1.

Claims (11)

珪酸アルカリ水溶液からアルカリを除去して得られた活性珪酸水溶液と第4アンモニウム塩基によって製造される第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカであって、アルカリ金属を含まず、25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5の弱酸および第4アンモニウム塩基を組み合わせた緩衝溶液を含み、かつ25℃においてpH8〜11の間で緩衝作用を有することを特徴とする半導体ウエハ研磨用組成物。   Colloidal silica stabilized by an aqueous silicate solution obtained by removing alkali from an aqueous solution of silicate and a quaternary ammonium base, which is stabilized by a quaternary ammonium base, which does not contain an alkali metal and is acid dissociated at 25 ° C. A logarithmic value (pKa) of a reciprocal of a constant includes a buffer solution in which a weak acid and a quaternary ammonium base of 8.0 to 12.5 are combined, and has a buffering action at 25 ° C. between pH 8 and 11. A semiconductor wafer polishing composition. 第4アンモニウム塩基によって安定化されたコロイダルシリカが非球状のシリカ粒子を含有することを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   The composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the colloidal silica stabilized with a quaternary ammonium base contains non-spherical silica particles. コロイド溶液全体に対してシリカ濃度が2〜50重量%の水分散液であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   The composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 1 or 2, wherein the composition is an aqueous dispersion having a silica concentration of 2 to 50% by weight based on the entire colloidal solution. 25℃における導電率が、シリカ粒子1重量%あたり15mS/m以上であることを特徴とする請求項1ないし3に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   The composition for polishing a semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrical conductivity at 25 ° C is 15 mS / m or more per 1% by weight of silica particles. 強酸と第4アンモニウム塩基の塩を有することによって、25℃における導電率が、シリカ粒子1重量%あたり15mS/m以上となるように調製された請求項4に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   5. The composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 4, wherein the composition at 25 ° C. has a conductivity of 15 mS / m or more per 1% by weight of silica particles by having a salt of a strong acid and a quaternary ammonium base. 強酸と第4アンモニウム塩基の塩が、硫酸第4アンモニウム、硝酸第4アンモニウムまたはフッ化第4アンモニウムである請求項5に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   The composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 5, wherein the salt of the strong acid and the quaternary ammonium base is quaternary ammonium sulfate, quaternary ammonium nitrate, or quaternary ammonium fluoride. 弱酸を構成する陰イオンが、炭酸イオン及び/または炭酸水素イオンであり、かつ第4アンモニウム塩基がコリンイオン、テトラメチルアンモニウムイオンもしくはテトラエチルアンモニウムイオンまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   2. The anion constituting the weak acid is a carbonate ion and / or a hydrogen carbonate ion, and the quaternary ammonium base is a choline ion, a tetramethylammonium ion, a tetraethylammonium ion or a mixture thereof. 3. The semiconductor wafer polishing composition according to 2 or 2. 前記コロイダルシリカのシリカ粒子のBET法による平均粒子径が10nm乃至200nmであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   The composition for polishing a semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 7, wherein the silica particles of the colloidal silica have an average particle diameter of 10 nm to 200 nm by BET method. 請求項1または2に記載の半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法であって、希釈した珪酸ナトリウムをカチオン交換樹脂に接触させ、ナトリウムイオンを除去して活性珪酸水溶液を調製し、次いで活性珪酸水溶液に第4アンモニウム塩基を添加してpHを8乃至11として加熱してコロイド粒子を成長させ、限外ろ過により濃縮してシリカ濃度が10〜60重量%のアルカリ金属を含まないコロイダルシリカを作成し、該コロイダルシリカを研磨用のシリカ濃度2〜50重量%に調製すると同時に緩衝組成となるよう弱酸と第4アンモニウム塩基を加えることを特徴とする半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法。   A method for producing a composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 1 or 2, wherein diluted sodium silicate is contacted with a cation exchange resin, sodium ions are removed to prepare an active silicic acid aqueous solution, and then active silicic acid aqueous solution Colloidal silica containing no alkali metal having a silica concentration of 10 to 60% by weight is prepared by adding quaternary ammonium base and heating to pH 8 to 11 to grow colloidal particles and concentrating by ultrafiltration. A method for producing a composition for polishing a semiconductor wafer, comprising preparing the colloidal silica to a polishing silica concentration of 2 to 50% by weight and simultaneously adding a weak acid and a quaternary ammonium base so as to obtain a buffer composition. 上下面もしくは、片面に研磨布を貼付した回転可能な定盤に半導体ウエハを押圧し、請求項1ないし8に記載の研磨用組成物を供給しつつ、定盤及び/または半導体ウエハを回転させて半導体ウエハの平面を研磨することを特徴とする研磨方法。   The surface plate and / or the semiconductor wafer is rotated while pressing the semiconductor wafer against the upper and lower surfaces or a rotatable surface plate having a polishing cloth affixed on one side, and supplying the polishing composition according to claim 1. A polishing method comprising polishing a flat surface of a semiconductor wafer. 表面に研磨布を貼付したドラム形状の研磨部材または、円弧状をした作業面を持つ研磨部材を有する研磨装置に、請求項1ないし8に記載の研磨用組成物を供給しつつ、半導体ウエハのエッジ部分を押圧し、研磨部材及び/または半導体ウエハを回転させながら、半導体ウエハのエッジ部分を研磨することを特徴とする研磨方法。   While supplying the polishing composition according to claim 1 to a polishing apparatus having a drum-shaped polishing member having a polishing cloth affixed on its surface or a polishing member having an arcuate work surface, A polishing method comprising polishing an edge portion of a semiconductor wafer while pressing the edge portion and rotating the polishing member and / or the semiconductor wafer.
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