JP2010182811A - Semiconductor wafer polishing composition and method of manufacturing the same - Google Patents

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昌宏 泉
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勝 中條
Yukimi Saito
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Kuniaki Maejima
邦明 前島
Hiroaki Tanaka
弘明 田中
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor wafer polishing composition that hardly causes particle contamination and metal contamination at a plane part of a device wafer etc., when plane and edge parts of the device wafer are polished. <P>SOLUTION: The semiconductor wafer polishing composition contains colloidal silica prepared by adding quaternary ammonium hydroxylate to an active silicic acid solution, which is obtained by hydrolyzing tetra alkoxy silane with an acid catalyst, to make pH in alkali, and growing silica particles through heating. The silica particles have an aspherical shape such that an average diameter in a short-axis direction is 5 to 50 nm and the length in a long-axis direction is 1.2 to 10 times as large as that of the short axis through electron microscope observation, and an average particle diameter calculated by the BET method is 5 to 100 nm. The semiconductor wafer polishing composition contains a pH buffer solution to have buffer operation at 25°C between pH8 to pH11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,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及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。   The present invention provides a polishing process on a silicon wafer or a planar surface and an edge portion of a semiconductor wafer such as a semiconductor device substrate on which a metal film, an oxide film, a nitride film or the like (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.

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、平面及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、配線材料は従来のアルミニウムからより電気抵抗の低い銅に、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、更に銅と低誘電率膜の間に銅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ている。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 components such as ICs, LSIs, or VLSIs that are made of silicon single crystal semiconductor materials as raw materials, have many fine electric circuits on a wafer sliced from a single crystal ingot of silicon or another compound semiconductor into a thin disk shape. It is manufactured on the basis of a small piece-like semiconductor element chip which is divided by writing. The wafer sliced from the ingot is processed into a mirror wafer having a mirror surface finished with a flat surface and an edge surface through processes such as lapping, etching, and polishing (hereinafter also referred to as polishing). In the subsequent device process, a fine electrical circuit is formed on the mirror-finished surface in the subsequent device process. However, from the viewpoint of increasing the speed of LSI, the wiring material is more electrically resistant than conventional aluminum. In low copper, the insulation film between the wiring prevents the diffusion of copper from the silicon oxide film to the low dielectric constant film having a lower dielectric constant and between the copper and the low dielectric constant film into the low dielectric constant film. Therefore, the process has shifted to a wiring formation process having a structure through a barrier film made 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侵食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侵食層が形成される。その侵食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及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 that the erosion layer is removed by the mechanical polishing action of fine abrasive grains, and it is considered that the processing proceeds by repeating this process. After the workpiece is polished, a cleaning process 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、ウエハ表面に銅、鉄、アルミニウムなどの金属が残存する問題が指摘されている。特にアルカリ性での酸化珪素表面の研磨加工は、金属が金属水酸化物となって酸化珪素表面に強く結合し、洗浄による除去が困難であるとされている。このため、洗浄方法の改善が強く求められていると同時に、研磨剤の高純度化が求められている。しかしながら、洗浄方法の煩雑化や、研磨速度の大幅な低下を伴うため、課題の解決に至っていない。
また、シリコンウエハの研磨加工では、研磨剤中に存在する金属不純物、特に銅はウエハ内部に深く拡散し、ウエハ品質を劣化させ、半導体デバイスの特性を著しく低下させるという事実が明らかとなっている。そのため、比較的高価で研磨力の低い、アルコキシシランを原料としたコロイダルシリカの使用を余儀なくされている。
In this cleaning process, a problem that metals such as copper, iron, and aluminum remain on the wafer surface has been pointed out. In particular, it is said that the alkali polishing process of the silicon oxide surface is difficult to remove by washing because the metal becomes a metal hydroxide and strongly bonds to the silicon oxide surface. For this reason, improvement of the cleaning method is strongly demanded, and at the same time, high purity of the abrasive is demanded. However, since the cleaning method is complicated and the polishing rate is greatly reduced, the problem has not been solved.
In addition, in the polishing process of silicon wafers, the fact that metal impurities, especially copper, present in the polishing agent diffuse deeply into the wafer, deteriorates the wafer quality, and significantly reduces the characteristics of the semiconductor device. . For this reason, the use of colloidal silica made of alkoxysilane as a raw material, which is relatively expensive and has a low polishing ability, is unavoidable.

従来から半導体ウエハの鏡面研磨では、テトラアルコキシシランを原料とした様々な研磨用組成物が提案されている。
特許文献1には、0.5〜10%の水酸化第4級アンモニウムと分散剤として0.01〜0.001%の界面活性剤の存在下にて、珪酸エステル(テトラアルコキシシラン)を加水分解後、60〜70℃で濃縮する方法により、粒子径10nm程度のシリカゾルを得る方法が記載されている。
特許文献2には、反応媒体を、1リットル当たり0.002〜0.1モルのアルカリ濃度と30モル以上の水濃度に保ちながら、この反応媒体に上記アルカリ1モルに対してSi原子として7〜80モルとなる量のアルキルシリケート(テトラアルコキシシラン)を加え、この反応媒体の沸点以下の温度でこのアルキルシリケートを加水分解させると共に、この加水分解によって生じた珪酸の重合を進行させて粒径3〜100nmの粒子径を有するコロイダルシリカの製造方法が開示されている。
特許文献3には、珪酸メチル(テトラメトキシシラン)の加水分解による長径/短径比が1.4〜2.2の繭型のシリカ粒子から成るコロイダルシリカが記載されている。
特許文献4には、水ガラス法の活性珪酸水溶液に代替して、アルキルシリケート(テトラアルコキシシラン)の加水分解液を使用し、アルカリには水酸化テトラアルキルアンモニウムを使用して、非球状のシリカ粒子を含有するコロイダルシリカが得られることが記載されている。
Conventionally, various polishing compositions using tetraalkoxysilane as a raw material have been proposed for mirror polishing of semiconductor wafers.
In Patent Document 1, silicate ester (tetraalkoxysilane) is added in the presence of 0.5 to 10% quaternary ammonium hydroxide and 0.01 to 0.001% surfactant as a dispersant. A method for obtaining a silica sol having a particle diameter of about 10 nm by a method of concentrating at 60 to 70 ° C. after decomposition is described.
In Patent Document 2, while maintaining the reaction medium at an alkali concentration of 0.002 to 0.1 mol per liter and a water concentration of 30 mol or more, the reaction medium contains 7 atoms as Si atoms with respect to 1 mol of the alkali. An alkyl silicate (tetraalkoxysilane) in an amount of ˜80 mol is added, the alkyl silicate is hydrolyzed at a temperature below the boiling point of the reaction medium, and the polymerization of silicic acid generated by the hydrolysis is advanced to reduce the particle size. A method for producing colloidal silica having a particle size of 3 to 100 nm is disclosed.
Patent Document 3 describes colloidal silica composed of bowl-shaped silica particles having a major axis / minor axis ratio of 1.4 to 2.2 by hydrolysis of methyl silicate (tetramethoxysilane).
In Patent Document 4, a hydrolyzed solution of an alkyl silicate (tetraalkoxysilane) is used in place of an active silicic acid aqueous solution of the water glass method, and tetraalkylammonium hydroxide is used as an alkali. It is described that colloidal silica containing particles can be obtained.

特許文献1の方法では、生成シリカ粒子径をコントロールする改善はできるが、粒子形状を細長くすることはできず、不純物として界面活性剤が最終製品に存在する問題点がある。
特許文献2の方法は、アルキルシリケートを水中で加水分解する方法であるが、生成シリカ粒子径をコントロールすることはできるが、粒子形状を細長くすることはできない。
特許文献3に記載のコロイダルシリカはアルコキシシランをシリカ源とするので高純度で好ましく、非球状のシリカ粒子も得られているが、反応系にアンモニアと大量のアルコールを必要とし、これらの成分の除去や価格など不利な一面がある。
特許文献1〜3の方法では、いずれもアルカリ触媒による加水分解のため、比較的低温そして短時間で加水分解が行われる。このようにして得られたコロイダルシリカは粒子の密度が低いため、活性珪酸をビルドアップ方式で粒子成長させて製造した水ガラス法のコロイダルシリカに比べ、研磨速度が遅いという欠点がある。
シリカ粒子の密度に関しては、特許文献10に詳細な記載がある。
特許文献4はアルコキシシランをシリカ源とするので高純度で好ましく、非球状のシリカ粒子も得られているが、このコロイダルシリカを用いて研磨用のコロイダルシリカとするための具体的な内容は記載されていない。
Although the method of Patent Document 1 can improve the control of the generated silica particle diameter, the particle shape cannot be elongated, and there is a problem that a surfactant exists as an impurity in the final product.
The method of Patent Document 2 is a method of hydrolyzing an alkyl silicate in water, but the generated silica particle diameter can be controlled, but the particle shape cannot be elongated.
The colloidal silica described in Patent Document 3 is preferably high in purity because it uses alkoxysilane as a silica source, and non-spherical silica particles are also obtained. However, ammonia and a large amount of alcohol are required in the reaction system, and these components There are disadvantages such as removal and price.
In any of the methods of Patent Documents 1 to 3, hydrolysis is performed at a relatively low temperature and in a short time due to hydrolysis by an alkali catalyst. Since the colloidal silica obtained in this way has a low particle density, it has a drawback that the polishing rate is lower than that of water glass colloidal silica produced by growing particles of active silicic acid by a build-up method.
Regarding the density of the silica particles, Patent Document 10 has a detailed description.
Since Patent Document 4 uses alkoxysilane as a silica source, high purity is preferable, and non-spherical silica particles are also obtained. However, specific contents for making colloidal silica for polishing using this colloidal silica are described. It has not been.

また、第4アンモニウムとコロイダルシリカを組み合わせた研磨用組成物も多く提案されている。
特許文献5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6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おり、強塩基として水酸化テトラメチルアンモニウムが挙げられている。
特許文献7には、酸化珪素微粒子のコロイド状分散液に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水酸化第4アンモニウム、酸成分として炭酸を用いたものが記載されている。
特許文献8には、ピーナッツ形状のコロイダルシリカと水酸化テトラメチルアンモニウムを含有する研磨組成物が記載されている。コロイダルシリカは扶桑化学工業株式会社の製品と記載されている。
特許文献9には、水酸化第4アンモニウムと珪酸エステル(テトラアルコキシシラン)とを反応させて得られたコロイド状シリカ生成物と酸化剤とを含有するCMP用研磨剤が記載されている。珪酸エステルはTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)またはコリンであるとも記載されている。
特許文献5記載のコロイダルシリカは、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、安定した研磨速度が得られない。
特許文献5及び特許文献6に記載のコロイダルシリカは水ガラスを原料としており、アルコキシシランを原料としたものに比べ不純物量は多い。
特許文献7では、ヒュームドシリカを用いる記載があり、やや高純度ではあるが、アルコキシシランを原料としたものに比べ不純物量は多い。
特許文献8記載のコロイダルシリカは扶桑化学工業株式会社の製品と記載されているので、アルコキシシランをアルカリ触媒により加水分解した製品であって、研磨力は低い。また、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、安定した研磨速度が得られない。
特許文献9記載のコロイド状シリカはアルコキシシランをアルカリ触媒により加水分解した製品であって、研磨速度は低い。また、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、安定した研磨速度が得られない。
Many polishing compositions that combine quaternary ammonium and colloidal silica have also been proposed.
In Patent Document 5, colloidal silica is produced by using tetramethylammonium hydroxide instead 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 6 discloses a buffer solution having a buffering action between pH 8.7 and 10.6 by adding a combination of weak acid and strong base, weak acid and weak base, or a combination of weak acid and weak base. An adjusted colloidal silicon oxide solution is described, and tetramethylammonium hydroxide is mentioned as a strong base.
Patent Document 7 discloses a polishing composition having a buffering action in which an alkali component and an acid component are added to a colloidal dispersion of silicon oxide fine particles, and quaternary ammonium hydroxide as an alkali component and carbonic acid as an acid component. The ones used are listed.
Patent Document 8 describes a polishing composition containing peanut-shaped colloidal silica and tetramethylammonium hydroxide. Colloidal silica is described as a product of Fuso Chemical Industry Co., Ltd.
Patent Document 9 describes an abrasive for CMP containing a colloidal silica product obtained by reacting quaternary ammonium hydroxide and silicic acid ester (tetraalkoxysilane) and an oxidizing agent. The silicate is also described as TMAH (tetramethylammonium hydroxide) or choline.
The colloidal silica described in Patent Document 5 is a very preferable abrasive because sodium does not exist. However, quaternary ammonium hydroxide alone has a large pH fluctuation during polishing, and a stable polishing rate cannot be obtained.
The colloidal silica described in Patent Document 5 and Patent Document 6 uses water glass as a raw material, and has a larger amount of impurities than those using alkoxysilane as a raw material.
In Patent Document 7, there is a description using fumed silica, which is slightly high in purity, but has a larger amount of impurities than those using alkoxysilane as a raw material.
Since the colloidal silica described in Patent Document 8 is described as a product of Fuso Chemical Industry Co., Ltd., it is a product obtained by hydrolyzing alkoxysilane with an alkali catalyst and has a low polishing power. In addition, quaternary ammonium hydroxide alone has a large pH fluctuation during polishing, and a stable polishing rate cannot be obtained.
The colloidal silica described in Patent Document 9 is a product obtained by hydrolyzing alkoxysilane with an alkali catalyst, and has a low polishing rate. In addition, quaternary ammonium hydroxide alone has a large pH fluctuation during polishing, and a stable polishing rate cannot be obtained.

特開昭61−209910号公報JP-A 61-209910 特開平6−316407号公報JP-A-6-316407 特開平11−60232号公報 特許請求の範囲Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-60232 特開2001−48520号公報 特許請求の範囲と実施例JP, 2001-48520, A Claims and Examples 特開2003−89786号公報JP 2003-89786 A 特開平11−302634号公報 特許請求の範囲と実施例Japanese Patent Laid-Open No. 11-302634 Claims and Examples 特開2000−80349号公報 特許請求の範囲と実施例JP, 2000-80349, A Claims and Examples 特表2005−518668号公報JP 2005-518668 Gazette 特開2001−23938号公報 特許請求の範囲JP, 2001-23938, A Claims 特許公報第3758391号Japanese Patent Publication No. 3758391

本発明の目的は、半導体ウエハ表面に生じる微粒子及び金属の汚染を抑制し、かつ高い研磨速度を維持しつつ、良好な面状態が得られる半導体ウエハの平面及びエッジ部分の鏡面研磨用組成物及びその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a composition for mirror polishing of the planar and edge portions of a semiconductor wafer, which suppresses the contamination of fine particles and metals generated on the surface of the semiconductor wafer and maintains a high polishing rate while obtaining a good surface state. It is in providing the manufacturing method.

本発明者等は、テトラアルコキシシランを酸触媒で加水分解して得た活性珪酸水溶液と水酸化第4アンモニウムによって得られるコロイダルシリカを、pH8〜11の間で緩衝作用を有するコロイド液とすることで、高い研磨速度を維持しつつ、半導体ウエハ表面に生じる微粒子及び金属汚染を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention use colloidal silica obtained by hydrolyzing tetraalkoxysilane with an acid catalyst and obtained by quaternary ammonium hydroxide as a colloidal solution having a buffering action between pH 8-11. Thus, the inventors have found that fine particles and metal contamination generated on the surface of the semiconductor wafer can be suppressed while maintaining a high polishing rate, and the present invention has been completed.

即ち、本願の第一の発明は、テトラアルコキシシランを酸触媒で加水分解して得た活性珪酸水溶液に、水酸化第4アンモニウムを加えてpHをアルカリとし、加熱してシリカ粒子を成長させて得られたコロイダルシリカを含有する半導体ウエハ研磨用組成物であって、前記シリカ粒子が、電子顕微鏡観察による短軸方向の平均直径が5〜50nmであり、長軸方向の長さが短軸の1.2〜10倍である非球状の形状を有し、BET法より算出される平均粒子径が5〜100nmであり、かつ、前記半導体ウエハ研磨用組成物がpH緩衝溶液を含むことにより、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。   That is, in the first invention of the present application, quaternary ammonium hydroxide is added to an active silicic acid aqueous solution obtained by hydrolyzing tetraalkoxysilane with an acid catalyst to make the pH alkaline, and the silica particles are grown by heating. The composition for polishing a semiconductor wafer containing the obtained colloidal silica, wherein the silica particles have an average diameter in the minor axis direction of 5 to 50 nm as observed by an electron microscope, and a length in the major axis direction is a minor axis. By having a non-spherical shape that is 1.2 to 10 times, the average particle size calculated by the BET method is 5 to 100 nm, and the semiconductor wafer polishing composition contains a pH buffer solution, A composition for polishing a semiconductor wafer, having a buffering action at 25 ° C. between pH 8-11.

pH8〜11の間で緩衝作用を有する緩衝溶液を形成する組み合わせは、数多くあるが、本願に使用する緩衝溶液は、弱酸と強塩基の組み合わせが好ましい。弱酸としては、25℃における酸解離定数の逆数の対数値(pKa)が8.0〜12.5にある弱酸が使用でき、炭酸、ホウ酸、リン酸等が、使用できる。
更に、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、かつ強塩基を構成する水酸化第4アンモニウムの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。
上記半導体ウエハ研磨用組成物は、該緩衝溶液の濃度を高くすること、及び/または、強酸と水酸化第4アンモニウム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200mS/m以下であることが好ましい。
There are many combinations that form a buffer solution having a buffering action between pH 8 and 11, but the buffer solution used in the present application is preferably a combination of a weak acid and a strong base. As the weak acid, a weak acid having a logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. in the range of 8.0 to 12.5 can be used, and carbonic acid, boric acid, phosphoric acid and the like can be used.
Further, the anion constituting the weak acid is a carbonate ion and / or a hydrogen carbonate ion, and the cation of quaternary ammonium hydroxide constituting the strong base is a choline ion, tetramethylammonium ion or tetraethylammonium ion, or these A mixture is preferred.
The semiconductor wafer polishing composition has a conductivity of 25 ° C. per 1% by weight of silica particles by increasing the concentration of the buffer solution and / or having a salt of strong acid and quaternary ammonium hydroxide. It is preferably 15 mS / m or more and 200 mS / m or less.

また、本願の第二の発明は、請求項1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、シリカ濃度1〜8モル/リットル、酸濃度0.0018〜0.18モル/リットル、水濃度2〜30モル/リットルの範囲の組成で、テトラアルコキシシランを加水分解して活性珪酸水溶液を調製する第一工程、第一工程で調製した活性珪酸をシリカ濃度が0.2〜1.5モル/リットルの範囲となるように水で希釈し、次いでpHが8〜11となるように水酸化第4アンモニウムを加えた後、加熱してコロイド粒子を成長させる第二工程、第二工程で製造したコロイド粒子を限外濾過により濃縮してシリカ濃度が20〜50重量%のコロイダルシリカ溶液を作製する第三工程、第三工程で作製したコロイダルシリカ溶液にpH緩衝組成となるよう弱酸と水酸化第4アンモニウムを加える第四工程、よりなる半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法により達成される。
更に、上記の半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法において、第二工程と第三工程の間にコロイド粒子をさらに成長させる工程を施すことが好ましく、より平均粒子径が大きいコロイダルシリカを作製することが可能となる。
A second invention of the present application is a method for producing a composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the silica concentration is 1 to 8 mol / liter, and the acid concentration is 0.0018 to 0.18 mol / liter. In the first step of preparing an active silicic acid aqueous solution by hydrolyzing tetraalkoxysilane with a composition in a water concentration range of 2 to 30 mol / liter, the active silicic acid prepared in the first step has a silica concentration of 0.2 to 1. Second step of diluting with water so as to be in the range of 5 mol / liter, then adding quaternary ammonium hydroxide so that the pH is 8 to 11, and then heating to grow colloidal particles, second step The colloidal particles produced in the process are concentrated by ultrafiltration to produce a colloidal silica solution having a silica concentration of 20 to 50% by weight. The colloidal silica solution produced in the third process has a pH buffer composition. Fourth step of adding a weak acid with a quaternary ammonium hydroxide, is achieved by the method of manufacturing a more becomes a semiconductor wafer polishing compound.
Further, in the above method for producing a semiconductor wafer polishing composition, it is preferable to perform a step of further growing colloidal particles between the second step and the third step, and to produce colloidal silica having a larger average particle size. Is possible.

本発明の非球状のコロイダルシリカ粒子を用い、水酸化第4アンモニウムを含み、さらに特定範囲でのpH緩衝作用を持つ研磨用組成物を用いることにより、半導体ウエハの研磨において、微粒子の付着数は極めて低くなり、研磨面の欠点は殆ど見られず、循環液のpHの変化もなく高い研磨力が安定して得られるという優れた効果を得ることができた。   By using the non-spherical colloidal silica particles of the present invention, containing a quaternary ammonium hydroxide, and further using a polishing composition having a pH buffering action in a specific range, the number of adhered fine particles in polishing a semiconductor wafer is It was extremely low, and there were hardly any defects on the polished surface, and it was possible to obtain an excellent effect that a high polishing force could be stably obtained without changing the pH of the circulating liquid.

製造例1で得られた長径/短径比の平均値が10〜15のシリカ粒子のTEM写真である。4 is a TEM photograph of silica particles having an average value of a major axis / minor axis ratio of 10 to 15 obtained in Production Example 1. FIG. 製造例1で得られた長径/短径比の平均値が4のシリカ粒子のTEM写真である。2 is a TEM photograph of silica particles having an average value of a major axis / minor axis ratio of 4 obtained in Production Example 1. FIG. 製造例2で得られた長径/短径比の平均値が4のシリカ粒子のTEM写真である。4 is a TEM photograph of silica particles having an average value of a major axis / minor axis ratio of 4 obtained in Production Example 2. FIG. 製造例3で得られた長径/短径比の平均値が5のシリカ粒子のTEM写真である。4 is a TEM photograph of silica particles having an average value of a major axis / minor axis ratio of 5 obtained in Production Example 3. FIG. 製造例4で得られた長径/短径比の平均値が10〜15のシリカ粒子のTEM写真である。4 is a TEM photograph of silica particles having an average value of a major axis / minor axis ratio of 10 to 15 obtained in Production Example 4. FIG.

市販のコロイダルシリカは通常ナトリウムで安定化されており、20〜50重量%のシリカ(SiO)成分と、0.07〜0.22重量%のナトリウム成分を含有している。コロイダルシリカを安定化させる原料としては、一般に水酸化ナトリウムが用いられる。水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物は精製が難しく不可避的に製品に金属類の混入を招く。一方、本発明で用いた水酸化第4アンモニウムは、アルカリ金属の水酸化物に比べ、金属汚染の原因となる金属を極めて少なくした製品を得ることが可能である。本発明においてテトラアルコキシシランを酸触媒で加水分解して得た活性珪酸水溶液に加える水酸化第4アンモニウムは特に限定されないが、コリン、水酸化テトラメチルアンモニウムもしくは水酸化テトラエチルアンモニウムが好ましい。水酸化第4アンモニウムを加えることにより、半導体ウエハ研磨用組成物は安定化し、しかも、不純物含有量が少ないため、研磨後の被研磨物の表面付着粒子の数が少なくなるという優れた効果をもたらす。即ち、本発明の研磨用組成物はナトリウムの替わりに金属汚染の原因となる金属が極めて少ない水酸化第4アンモニウムを用いて安定化されたコロイダルシリカであるため、市販のコロイダルシリカに比べ、ナトリウム及び他の金属の混入が少ない研磨用組成物とすることが可能となり、研磨時に生じる半導体ウエハ表面へのナトリウム及び他の金属の汚染を低減させることができる。 Commercially available colloidal silica is usually are stabilized with sodium, 20 to 50% by weight of silica (SiO 2) component contains a sodium component of from 0.07 to 0.22 wt%. As a raw material for stabilizing colloidal silica, sodium hydroxide is generally used. Alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide are difficult to purify, and inevitably introduce metal into the product. On the other hand, the quaternary ammonium hydroxide used in the present invention can provide a product in which the amount of metal that causes metal contamination is extremely reduced as compared with an alkali metal hydroxide. In the present invention, the quaternary ammonium hydroxide added to the active silicic acid aqueous solution obtained by hydrolyzing tetraalkoxysilane with an acid catalyst is not particularly limited, but choline, tetramethylammonium hydroxide or tetraethylammonium hydroxide is preferred. By adding quaternary ammonium hydroxide, the composition for polishing a semiconductor wafer is stabilized, and since the impurity content is small, the number of particles adhered to the surface of the polished object is reduced. . That is, the polishing composition of the present invention is colloidal silica stabilized with quaternary ammonium hydroxide, which has very little metal causing metal contamination instead of sodium, so that it is sodium in comparison with commercially available colloidal silica. In addition, it is possible to obtain a polishing composition with less contamination of other metals, and it is possible to reduce contamination of sodium and other metals on the semiconductor wafer surface that occurs during polishing.

ここで、「安定化」について説明する。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、連結が拡大していくと、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。 Here, “stabilization” will be described. 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, collisions between particles occur, dehydration condensation occurs between silanol groups, particles are connected, and when 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 the collision and connection of the particles do not occur. This is called “stabilization”.

更に、本発明のシリカ粒子の電子顕微鏡観察による形状は、太さ方向の平均直径(以下短軸と記す)が5〜50nmであり、長さ(以下長軸と記す)がその1.2〜10倍の長さの非球状のシリカ粒子であり、そのシリカ粒子の窒素吸着BET法による平均粒子径が5〜100nmである。
研磨加工においては、シリカ粒子の形状は重要な要因の一つである。研磨加工を簡潔に説明すると、被加工物表面がアルカリにより化学的に侵食され、水和した薄層が形成される。次に、形成された水和薄層をシリカ粒子の物理的研磨力により除去する過程が連続的に生じている。この薄層の除去速度はシリカ粒子の形状によって大きく変化する。シリカ粒子の粒子径を大きくすれば、除去速度は高くなるが、研磨面にスクラッチが発生しやすくなる。同様に、シリカ粒子の形状は真球状よりも非球状の粒子の方が除去速度は高くなるが、研磨面にスクラッチが発生しやすくなる。よって、シリカ粒子の形状及び粒子径は適切な範囲にある必要がある。また、研磨中にシリカ粒子が容易に破砕したり、あるいは高次に凝集してゲル化するものであってはならない。
良質な研磨面を得るためには、電子顕微鏡観察によるシリカ粒子の平均短径は5〜50nmが好ましい。5nmより小さいと、研磨速度が低く、粒子の凝集が起こりやすくコロイドの安定性に欠ける。また、50nmより大きいとスクラッチが発生しやすく、研磨面の平坦性も低くなる。長軸/短軸比の平均値は1.2〜10であることが好ましい。1.2より小さいと研磨速度が低く、10より大きいと粒子の凝集が起こりやすくコロイドの安定性に欠ける。より好ましくは1.2〜5である。シリカ粒子の平均粒子径は5〜100nmであることが好ましい。本発明のシリカ粒子の平均粒子径は窒素吸着BET法より算出される平均粒子径を使用した。
Furthermore, the shape of the silica particles of the present invention observed with an electron microscope has an average diameter in the thickness direction (hereinafter referred to as a short axis) of 5 to 50 nm and a length (hereinafter referred to as a long axis) of 1.2 to The silica particles are 10 times as long as non-spherical silica particles, and the silica particles have an average particle diameter of 5 to 100 nm according to the nitrogen adsorption BET method.
In the polishing process, the shape of the silica particles is an important factor. Briefly describing the polishing process, the workpiece surface is chemically eroded by alkali to form a hydrated thin layer. Next, a process of removing the formed hydrated thin layer by the physical polishing force of the silica particles continuously occurs. The removal rate of this thin layer varies greatly depending on the shape of the silica particles. Increasing the particle size of the silica particles increases the removal rate but tends to cause scratches on the polished surface. Similarly, the non-spherical shape of the silica particles has a higher removal rate than the true spherical shape, but scratches are likely to occur on the polished surface. Therefore, the shape and particle diameter of the silica particles need to be in an appropriate range. Further, the silica particles should not be easily crushed during polishing, or should be agglomerated and gelled.
In order to obtain a good polished surface, the average minor axis of the silica particles by electron microscope observation is preferably 5 to 50 nm. If it is smaller than 5 nm, the polishing rate is low, the particles are likely to aggregate, and the stability of the colloid is lacking. On the other hand, if it is larger than 50 nm, scratches are likely to occur, and the flatness of the polished surface will be lowered. The average value of the major axis / minor axis ratio is preferably 1.2 to 10. If it is less than 1.2, the polishing rate is low, and if it is more than 10, particles are likely to aggregate and the stability of the colloid is lacking. More preferably, it is 1.2-5. The average particle diameter of the silica particles is preferably 5 to 100 nm. As the average particle size of the silica particles of the present invention, the average particle size calculated by the nitrogen adsorption BET method was used.

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外れる。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。   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 falls outside 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, and this is also 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、被研磨物の品質に大きな影響を与える。   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 in a circulating manner. 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 greatly affect the quality of the object to be polished.

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の弱酸及び水酸化第4アンモニウム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。
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(pKa=6.35、10.33)が好ましく、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。
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、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 combination of 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 quaternary ammonium hydroxide is preferable. The buffer solution composition is good. Also in this case, it is preferable to have a buffering action between pH 8-11.
The anion constituting the weak acid is preferably carbonate ion and / or bicarbonate ion (pKa = 6.35, 10.33), and the cation constituting the strong quaternary ammonium base is choline ion, tetramethylammonium ion or Preferably, it is at least one of tetraethylammonium ions.
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 strong base to raise 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.

炭酸以外の弱酸としては、ホウ酸(pKa=9.24)、リン酸(pKa=2.15、7.20、12.35)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。   Examples of weak acids other than carbonic acid include boric acid (pKa = 9.24), phosphoric acid (pKa = 2.15, 7.20, 12.35), and water-soluble organic acids. It doesn't matter.

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、単位長さあたりの電気抵抗値の逆数値である。本発明においては単位長さあたりの導電率の数値(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、導電率には上限がある。上限はシリカの粒子径によって異なるが、概ね200mS/m/1%−SiOである。
先にも述べたが、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侵食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侵食層が形成される。その薄層を微細な砥粒粒子の機械的作用により除去することで加工が進むのである。金属膜の侵食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 electrical resistance value per unit length. In the present invention, the numerical value of conductivity per unit length (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 on the conductivity. Although an upper limit changes with particle diameters of silica, it is about 200 mS / m / 1% -SiO2.
As described above, this processing is an application of the chemical action of alkali, which is its component, specifically, the erosion of 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. 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、鉱酸及び、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。
強酸と水酸化第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、前記の物質が使用される。
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 a combination of a weak acid and a strong base, a strong acid and a weak base, or a combination of 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 strong acid and quaternary ammonium hydroxide is preferably at least one of quaternary ammonium sulfate, quaternary ammonium nitrate, or quaternary ammonium fluoride. The cation constituting the quaternary ammonium is preferably at least one of choline ion, tetramethylammonium ion or tetraethylammonium ion. As the other quaternary ammonium ions, the aforementioned substances are used.

水酸化第4アンモニウムで安定化されたコロイダルシリカの製造方法について記載する。まず、原料として用いるテトラアルコキシシランとしては、テトラメチルシリケート、テトラエチルシリケート等が挙げられるが、重合度2〜10の市販の珪酸オリゴマー(例えば、コルコート株式会社製「エチルシリケート40」)も使用できる。テトラアルコキシシランは高純度の製品を使用することが好ましい。   A method for producing colloidal silica stabilized with quaternary ammonium hydroxide is described. First, examples of the tetraalkoxysilane used as a raw material include tetramethyl silicate and tetraethyl silicate, but a commercially available silicic acid oligomer having a polymerization degree of 2 to 10 (for example, “ethyl silicate 40” manufactured by Colcoat Co., Ltd.) can also be used. Tetraalkoxysilane is preferably a high-purity product.

本発明で使用する活性珪酸水溶液の製造方法は、前記特許文献4に記載の方法が適用できる。すなわち、シリカ濃度1〜8モル/リットル、酸濃度0.0018〜0.18モル/リットルで水濃度2〜30モル/リットルの範囲の組成で、溶剤を使用しないでテトラアルコキシシランを酸触媒で加水分解した後、シリカ濃度が0.2〜1.5モル/リットルの範囲となるように水で希釈して活性珪酸水溶液を製造する。   The method described in Patent Document 4 can be applied to the method for producing the active silicic acid aqueous solution used in the present invention. That is, the composition of the silica concentration 1 to 8 mol / liter, the acid concentration 0.0018 to 0.18 mol / liter, and the water concentration 2 to 30 mol / liter. After hydrolysis, an active silicic acid aqueous solution is prepared by diluting with water so that the silica concentration is in the range of 0.2 to 1.5 mol / liter.

次いで、前記活性珪酸水溶液に水酸化第4アンモニウムを添加してアルカリ性とした後、加熱してコロイド粒子を形成させ(種粒子形成工程)、このコロイド粒子に加熱条件下で、水酸化第4アンモニウムを添加してアルカリ性を維持しながら、前記活性珪酸水溶液を添加してコロイド粒子を成長させる(粒子成長工程)。   Next, quaternary ammonium hydroxide is added to the aqueous active silicic acid solution to make it alkaline, and then heated to form colloidal particles (seed particle forming step). While maintaining the alkalinity by adding the active silicic acid aqueous solution, the colloidal particles are grown (particle growth step).

具体的には、上記種粒子形成工程と粒子成長工程では、常法の操作が行われる。例えば種粒子形成工程では、活性珪酸水溶液のシリカ濃度は2〜7重量%とし、pHは8〜10となるよう水酸化第4アンモニウムを添加し、60〜240℃に加熱することでシリカ粒子の短径(太さ)が5〜20nmの種粒子を形成することができる。次いで粒子成長工程では、ビルドアップの方法をとり、pHが8〜11の60〜240℃の種粒子のコロイド液に、pH8〜11を維持しつつ活性珪酸水溶液と水酸化第4アンモニウムを添加して、目的の粒径まで粒子を成長させる。このようにして、シリカ粒子の短径(太さ)が5〜50nmの粒子に成長させることができる。   Specifically, conventional operations are performed in the seed particle forming step and the particle growing step. For example, in the seed particle formation step, the silica concentration of the active silicic acid aqueous solution is 2 to 7% by weight, quaternary ammonium hydroxide is added so that the pH is 8 to 10, and the silica particles are heated to 60 to 240 ° C. Seed particles having a minor axis (thickness) of 5 to 20 nm can be formed. Next, in the particle growth step, a build-up method is used, and an aqueous solution of active silicic acid and quaternary ammonium hydroxide are added to a colloid solution of seed particles having a pH of 8 to 11 at 60 to 240 ° C. while maintaining the pH of 8 to 11. Then, the particles are grown to the target particle size. In this way, silica particles can be grown to particles having a minor axis (thickness) of 5 to 50 nm.

上記の製造方法は、常法であるアルカリ金属水酸化物や珪酸アルカリをアルカリ剤に用いた製造方法と概略同一である。すなわち、珪酸ソーダを原料とする活性珪酸水溶液に代えて、テトラアルコキシシランの加水分解により得られた活性珪酸水溶液を使用することと、種粒子形成工程と粒子成長工程ではアルカリ金属水酸化物の代わりに水酸化第4アンモニウムを使用する点が異なり、粒子成長工程ではアルカリ金属水酸化物の代わりに水酸化第4アンモニウムを使用する点が異なる。   The above production method is generally the same as the production method using alkali metal hydroxide or alkali silicate as an alkali agent, which is a conventional method. That is, instead of an active silicic acid aqueous solution made of sodium silicate, an active silicic acid aqueous solution obtained by hydrolysis of tetraalkoxysilane is used, and an alkali metal hydroxide is substituted in the seed particle forming step and the particle growing step. The difference is that quaternary ammonium hydroxide is used, and in the particle growth process, quaternary ammonium hydroxide is used instead of alkali metal hydroxide.

本発明に用いる水酸化第4アンモニウムは特に限定されないが、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどが使用でき、その混合物で使用してもかまわない。
本緩衝溶液では、弱酸を構成する陰イオンが価数の異なる形態で存在する。
具体的には、炭酸の場合、炭酸イオンと炭酸水素イオンの組み合わせ(CO 2−/HCO )、ホウ酸の場合、ホウ酸イオンと未解離のホウ酸(BO /HBO)、リン酸の場合、リン酸イオンとリン酸一水素イオンの組み合わせ(PO 3−/HPO 2−)である。
The quaternary ammonium hydroxide used in the present invention is not particularly limited, but tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, choline and the like can be used, and a mixture thereof may be used.
In this buffer solution, the anion constituting the weak acid is present in a form having a different valence.
Specifically, in the case of carbonic acid, a combination of carbonate ion and hydrogen carbonate ion (CO 3 2− / HCO 3 ), in the case of boric acid, boric acid ion and undissociated boric acid (BO 3 / HBO 3 ). In the case of phosphoric acid, it is a combination of phosphate ion and monohydrogen phosphate ion (PO 4 3− / HPO 4 2− ).

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が有利である。
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、限外濾過工程は、テトラアルコキシシランの加水分解に用いた酸触媒や加水分解で生成したアルコールの洗い出し除去を兼ねている場合、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10〜50重量%となるように濃縮するのがよい。
Next, silica is concentrated, and evaporative concentration of water may be used, but ultrafiltration is advantageous in terms of energy.
An ultrafiltration membrane with a molecular weight cut-off of 3000-15000 is used. If the membrane is less than 3000, the filtration resistance is too large and the treatment time becomes long and uneconomical. If it exceeds 15000, the degree of purification is 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 step also serves to wash out and remove the acid catalyst used for the hydrolysis of the tetraalkoxysilane and the alcohol produced by the hydrolysis, if necessary, the pure water can be added even after reaching the target concentration. For example, it is possible to perform washing and removal to increase the removal rate. In this step, it is preferable to concentrate so that the silica concentration is 10 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加水分解に用いた酸触媒のアニオン成分を除去して、一層の高純度化を図ることができる。
以上のようにして、シリカ粒子の短径(太さ)が5〜50nmであり、且つシリカの濃度が10〜50重量%である、水酸化第4アンモニウムによって安定化された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, it is possible to remove impure metals and alkali metals mixed in the particle growth process by contacting with an H-type strongly acidic cation exchange resin, and contacting the OH-type strongly basic anion exchange resin with an acid catalyst used for hydrolysis. It is possible to further improve the purity by removing the anionic component.
As described above, high-purity colloidal silica stabilized by quaternary ammonium hydroxide, in which the short diameter (thickness) of the silica particles is 5 to 50 nm and the silica concentration is 10 to 50% by weight. Is obtained.

本発明の水酸化第4アンモニウムによって安定化されたコロイダルシリカは、高純度であること以外にも優れた特性を有している。半導体ウエハは研磨後に洗浄されて次の工程に移る際、洗浄後のウエハ表面に研磨剤の砥粒が残存することがある。水酸化第4アンモニウムによって安定化されたコロイダルシリカでは、この不具合が発生しにくい。
第4アンモニウム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、シリカ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 colloidal silica stabilized by the quaternary ammonium hydroxide of the present invention has excellent properties other than high purity. When the semiconductor wafer is cleaned after polishing and proceeds to the next step, abrasive grains of the abrasive may remain on the cleaned wafer surface. In the case of colloidal silica stabilized with quaternary ammonium hydroxide, this problem is unlikely to occur.
The phenomenon that the silica particles of colloidal silica stabilized with quaternary ammonium are difficult to adhere to the wafer surface has been clarified for the first time by the present inventors. The mechanism can be presumed 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. Bonding may be due to fusion between the surface of the silica particles 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 quaternary ammonium, 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 is exposed. The repulsive force between the alkyl groups prevents the silica particles from sticking to the wafer surface. In the field of metal corrosion protection, quaternary ammonium 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 a phase and exhibits an anticorrosive action. It is considered that a similar anticorrosive action is also exhibited on the wafer surface.

次いで、上記水酸化第4アンモニウム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の弱酸及び強塩基である水酸化第4アンモニウム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製する。   Next, the colloidal silica stabilized by the quaternary ammonium hydroxide is added to the fourth acid hydroxide which is a weak acid and a strong base having a logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. of 8.0 to 12.5. A buffer solution combined with ammonium is added and mixed to adjust the pH to 8 to 11 at 25 ° C., and a semiconductor wafer polishing composition having a buffering action between pH 8 and 11 is prepared.

第4アンモニウムイオンとしては、コロイダルシリカの製造に使用した第4アンモニウムイオンと同一であることが好ましく、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が使用できる。その他の第4アンモニウムイオンとしては、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好ましい。
更にその他の第4アンモニウムイオンとしては、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好ましい。
第4アンモニウムイオンは種類によりウエハに対する腐食性及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。
The quaternary ammonium ion is preferably the same as the quaternary ammonium ion used for the production of colloidal silica, and choline ion, tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, or a mixture thereof can be used. Other quaternary ammonium ions are preferably quaternary ammonium ions composed of an alkyl group having 4 or less carbon atoms or a hydroxyalkyl group having 4 or less carbon atoms, and the alkyl group is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group. 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 and the like are preferable.
Further, as other quaternary ammonium ions, benzyltrimethylammonium ions, phenyltrimethylammonium ions, and the like are also preferable.
Since the quaternary ammonium ions have different corrosiveness and polishing performance with respect to the wafer depending on the kind, and also have different abrasive cleaning properties, it is preferable to select and use a combination of a plurality of quaternary ammonium ions.

本発明では、電子顕微鏡観察によるシリカ粒子の平均短径は5〜50nmが好ましいとしているが、電子顕微鏡観察では限られた個数の粒子による計測となるため、汎用されている別の計測手段での粒子径によって粒子形状の特定を明確化した。コロイダルシリカの平均粒子径の測定方法としては、電子顕微鏡観察以外に、BET法とシアーズ法があり、いずれも比表面積測定値を平均粒子径に換算するものである。なかでもBET法が多用されている。比表面積測定値を粒子径に換算するには、粒子を真球とみなして算出するため、非球状粒子ではBET法の平均粒子径が本質的な平均粒子径を反映しているものではない。しかしながら、本発明のように細長い粒子の場合には、BET法の平均粒子径は粒子の太さである短径によく一致している。よって、本発明では粒子形状の特定を明確化する手段としてBET法の平均粒子径を用いた。   In the present invention, the average minor axis of silica particles by electron microscope observation is preferably 5 to 50 nm. However, since electron microscope observation is performed with a limited number of particles, The identification of the particle shape was clarified by the particle size. As a method for measuring the average particle diameter of colloidal silica, there are a BET method and a Sears method in addition to observation with an electron microscope, and both measure specific surface area measured values into average particle diameters. In particular, the BET method is frequently used. In order to convert the measured value of the specific surface area into the particle diameter, the particle is regarded as a true sphere, and therefore the average particle diameter of the BET method does not reflect the essential average particle diameter for non-spherical particles. However, in the case of long and narrow particles as in the present invention, the average particle size of the BET method is in good agreement with the short diameter which is the thickness of the particles. Therefore, in the present invention, the average particle diameter of the BET method is used as a means for clarifying the specification of the particle shape.

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〜100nm、好ましくは10nm〜50nm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 10 nm to 100 nm, preferably 10 nm to 50 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

本発明の研磨用組成物の製造方法について説明する。上述の水酸化第4アンモニウムで安定化されたコロイダルシリカは、シリカ濃度30〜50重量%となるように高濃度のコロイド液として準備する。一方、緩衝溶液成分も20〜40重量%となるように高濃度で製造する。例えば、25%水酸化テトラメチルアンモニウムを炭酸ガスでpH10.3まで中和して29%炭酸テトラメチルアンモニウム溶液を製造する。強酸と水酸化第4アンモニウムの塩は、水酸化第4アンモニウムを強酸で中和して製造する。例えば、25%水酸化テトラメチルアンモニウムを98%硫酸で中和して、高い濃度で硫酸テトラメチルアンモニウム溶液を製造する。シリカ濃度30〜50重量%の高濃度のコロイド液を強攪拌しておき、前記の高濃度緩衝溶液と高濃度の強酸と水酸化第4アンモニウムの中和液と純水を添加して半導体ウエハ研磨用組成物を製造する。   The manufacturing method of the polishing composition of this invention is demonstrated. The colloidal silica stabilized with the above-mentioned quaternary ammonium hydroxide is prepared as a high concentration colloidal solution so that the silica concentration is 30 to 50% by weight. On the other hand, the buffer solution component is also produced at a high concentration so as to be 20 to 40% by weight. For example, a 29% tetramethylammonium carbonate solution is prepared by neutralizing 25% tetramethylammonium hydroxide with carbon dioxide to pH 10.3. The salt of strong acid and quaternary ammonium hydroxide is produced by neutralizing quaternary ammonium hydroxide with a strong acid. For example, 25% tetramethylammonium hydroxide is neutralized with 98% sulfuric acid to produce a tetramethylammonium sulfate solution at a high concentration. A high-concentration colloidal solution having a silica concentration of 30 to 50% by weight is vigorously stirred, and the above-mentioned high-concentration buffer solution, a high-concentration strong acid, a neutralized solution of quaternary ammonium hydroxide and pure water are added to the semiconductor wafer. A polishing composition is produced.

本発明の研磨用組成物において、コロイド溶液全体に対してシリカ濃度が20〜50重量%である水分散液であることが好ましい。研磨用組成物はその使用時に希釈してシリカ濃度を、2〜20重量%に調節する。したがって、本発明の研磨用組成物としては、その全範囲のシリカ濃度2〜50重量%である。   The polishing composition of the present invention is preferably an aqueous dispersion having a silica concentration of 20 to 50% by weight based on the entire colloidal solution. The polishing composition is diluted during use to adjust the silica concentration to 2 to 20% by weight. Therefore, the polishing composition of the present invention has a silica concentration of 2 to 50% by weight in the entire range.

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添加することができる。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。   Moreover, the polishing composition of this invention can add the chelating agent which forms copper and a water-insoluble chelate compound. For example, as the chelating agent, known compounds such as azoles such as benzotriazole, quinoline derivatives such as quinolinol and quinaldic acid are preferable.

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、消泡剤、水溶性高分子などを添加することができる。また、本発明の研磨用組成物は水溶液としているが、必要に応じて有機溶媒を添加してもかまわない。例えば、輸送時の凍結防止にはグリセリンの添加が有効であるし、流動性の改善にはプロピルアルコールの添加が有効である。
界面活性剤はウエハのヘイズ(表面粗れ)防止に効果がある。すなわち、研磨していない面に研磨剤液が接触して、アルカリ成分でウエハ表面がエッチングされるのを抑制する効果がある。
界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤またはノニオン系界面活性剤さらには両性界面活性剤のいずれも使用することができる。高分子界面活性剤やグリコール類が使用できるが、アニオン系界面活性剤またはノニオン系界面活性剤であることが好ましい。アニオン系界面活性剤はスルホン酸塩または脂肪酸塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルエーテル硫酸塩等いずれも使用できるが、スルホン酸塩または脂肪酸塩であることが好ましい。スルホン酸塩としては、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩、アルファオレフィンスルホン酸及びその塩が好ましく、ドデシルベンゼンスルホン酸塩は最も好ましい。脂肪酸塩としてはラウリン酸、ミリスチン酸、バルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸から選ばれた1種以上であることが好ましい。例えばステアリン酸ナトリウムのような水溶性塩を使用するのが便利である。ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシアルキレングリコール類、脂肪酸エステル類、アルキルアミンエチレンオキサイド付加体類、グリコール類または高分子界面活性剤類が使用できる。なかでもポリオキシエチレンアルキルエーテルやポリエチレングリコールが好ましいが、ポリエチレングリコールが最も好ましい。
In order to improve the physical properties of the polishing composition of the present invention, a surfactant, an antifoaming agent, a water-soluble polymer and the like can be added. Moreover, although the polishing composition of the present invention is an aqueous solution, an organic solvent may be added as necessary. For example, the addition of glycerin is effective for preventing freezing during transportation, and the addition of propyl alcohol is effective for improving fluidity.
The surfactant is effective in preventing haze (surface roughness) of the wafer. That is, there is an effect of preventing the polishing liquid from coming into contact with the unpolished surface and etching the wafer surface with an alkali component.
As the surfactant, any of a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant can be used. High molecular surfactants and glycols can be used, but anionic surfactants or nonionic surfactants are preferred. As the anionic surfactant, any of sulfonates or fatty acid salts, alkyl ether carboxylates, alkyl ether sulfates, and the like can be used, but sulfonates or fatty acid salts are preferable. As the sulfonate, linear alkylbenzene sulfonic acid and its salt, alpha olefin sulfonic acid and its salt are preferable, and dodecylbenzene sulfonate is most preferable. The fatty acid salt is preferably at least one selected from lauric acid, myristic acid, valmitic acid, stearic acid, and oleic acid. It is convenient to use water-soluble salts such as sodium stearate. As the nonionic surfactant, polyoxyalkylene glycols, fatty acid esters, alkylamine ethylene oxide adducts, glycols or polymer surfactants can be used. Of these, polyoxyethylene alkyl ether and polyethylene glycol are preferable, but polyethylene glycol is most preferable.

界面活性剤の濃度は0.01〜10ミリモル/Kgであることが好ましい。0.01ミリモル/Kg以下ではエッチング防止効果がなく、10ミリモル/Kg以上配合しても効果に変わりはなく不要である。
界面活性剤、特にアニオン系界面活性剤は使い方によっては泡立ちというマイナスの現象を起こしやすい。この抑制には消泡剤を併用するのが通常であるが、シリコーン消泡剤は極めて効果的である。シリコーン消泡剤としては、オイル型、変性油型、溶液型、粉末型、エマルジョン型があり、変性油型とエマルジョン型がコロイド液への分散が良く使用できるが、なかでもエマルジョン型が最も効果が高く持続性もよい。市販品としては、例えば信越化学工業株式会社製の信越シリコーンKMグレードがある。
消泡剤の使用量は界面活性剤の量により適宜決めなくてはならないが、消泡有効成分として研磨組成物中におおむね1ppm〜1000ppmが適切である。
The concentration of the surfactant is preferably 0.01 to 10 mmol / Kg. If it is 0.01 mmol / Kg or less, there is no etching prevention effect, and even if it is added at 10 mmol / Kg or more, the effect is not changed and is unnecessary.
Surfactants, especially anionic surfactants, tend to cause a negative phenomenon of foaming depending on how they are used. An antifoaming agent is usually used in combination with this suppression, but a silicone antifoaming agent is extremely effective. Silicone antifoaming agents are available in oil, modified oil, solution, powder, and emulsion types. The modified oil and emulsion types can be used well in colloidal liquids, but the emulsion type is the most effective. High sustainability. Examples of commercially available products include Shin-Etsu Silicone KM grade manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
The amount of the antifoaming agent to be used must be determined appropriately depending on the amount of the surfactant, but is generally 1 ppm to 1000 ppm in the polishing composition as an antifoaming active ingredient.

また、本発明では水溶性高分子を配合することで、エッチング防止効果を高めることができる。前述のように、分子量5000以上の水溶性高分子や分子量10万以上の水溶性高分子は、ウエハの金属汚染低減や平坦性の向上に機能するとされているが、このように大きな分子量の高分子を使用する場合には、研磨剤液の粘性を上げ過ぎないよう、少量しか配合できない欠点がある。平均分子量5000以下、好ましくは500以上3000以下の水溶性高分子を0.001〜1ミリモル/Kgの量で使用することが好ましい。上記水溶性高分子としてはポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、マレイン酸・ビニル共重合体、キサンタンガム、セルロース誘導体などいずれも使用できるが、セルロース誘導体またはポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールから選ばれた1種以上であるのが好ましい。セルロース誘導体としてはヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどが使用できるが、ヒドロキシエチルセルロースが好ましい。分子量5000以下のポリエチレングリコールは更に好ましい。   Moreover, in this invention, the etching prevention effect can be heightened by mix | blending water-soluble polymer. As described above, water-soluble polymers having a molecular weight of 5000 or more and water-soluble polymers having a molecular weight of 100,000 or more are said to function to reduce metal contamination of the wafer and improve flatness. When molecules are used, there is a drawback that only a small amount can be blended so as not to increase the viscosity of the abrasive liquid. It is preferable to use a water-soluble polymer having an average molecular weight of 5000 or less, preferably 500 or more and 3000 or less in an amount of 0.001 to 1 mmol / Kg. Examples of the water-soluble polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, maleic acid / vinyl copolymer, xanthan gum, and cellulose derivatives. One or more selected from glycols are preferred. As the cellulose derivative, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose and the like can be used, and hydroxyethyl cellulose is preferable. Polyethylene glycol having a molecular weight of 5000 or less is more preferable.

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ながら、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株式会社製SH−24片面研磨装置、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 flat polishing processing machine used in the present invention is an apparatus shown in, for example, SH-24 single-side polishing apparatus, 20B double-side polishing apparatus, etc. manufactured by Speed Fam Co., Ltd.

エッジ研磨の場合、一般的に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を、被加工物である半導体ウエハ等のエッジ部分に押圧し、研磨用組成物を供給しながら、前記研磨布支持体及び被加工物の双方あるいはその一方を回転してエッジ部分の研磨加工を行う。本発明に用いるエッジポリッシング用加工機は、例えばスピードファム株式会社製EP−200X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ワークとの接触角度が異なる複数の研磨布支持体と、被加工物を把持し回転可能な把持部とからなり、該把持部に取り付けられた被加工物のエッジ部分に前記研磨布支持体を押圧し、本発明の研磨用組成物を供給しながら被加工物を回転せしめ、被加工物のエッジ部分の鏡面研磨加工を行う。即ち、少しずつ上昇あるいは下降して位置を変えていく研磨布支持体に、被加工物を回転させながら押しあて、本発明の研磨用組成物を加工部分に供給しながら研磨を行う。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、例えば特開平1−71656号公報、特開平7−314304号公報、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, generally, a polishing machine in which a polishing cloth made of synthetic resin foam, synthetic leather, nonwoven fabric or the like is attached to the surface of a polishing cloth support is used for an edge portion of a semiconductor wafer or the like as a workpiece. Then, while supplying the polishing composition, the polishing pad support and / or the workpiece are rotated to polish the edge portion. The edge polishing processing machine used in the present invention is, for example, as shown in an EP-200X type edge polishing apparatus manufactured by Speed Fam Co., Ltd. The polishing composition of the present invention comprises a cloth support and a gripping part that grips and rotates the workpiece, and presses the polishing cloth support against an edge portion of the workpiece attached to the gripping part. Rotate the work piece while supplying, and perform mirror polishing of the edge portion of the work piece. That is, polishing is performed while the work piece is pressed against a polishing pad support that is gradually raised or lowered to change its position while the work piece is rotated, and the polishing composition of the present invention is supplied to the work portion. 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. For example, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-71656, 7-314304, 2000-317788, 2002-36079, etc. Any of the devices described 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。実施例及び比較例で使用するコロイダルシリカを以下に示す製造例1〜製造例5に従って作製し、添加剤を製造例6、7に従って作製した。   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. Colloidal silica used in Examples and Comparative Examples was produced according to Production Examples 1 to 5 shown below, and additives were produced according to Production Examples 6 and 7.

製造例1
<水酸化テトラメチルアンモニウム安定化コロイダルシリカAの製造例>
予め、460gの脱イオン水に35%塩酸2gを加えて希塩酸液を作製した。テトラメトキシシラン(試薬、換算SiO濃度39重量%)960gを容器に採取し、攪拌下に前記希塩酸液を徐々に加えた。当初二液は分離して混ざらなかったが、数分後に加水分解が始まり急激な発熱とともに透明な均一液となった。そのまま30分攪拌を続け加水分解を完結させて加水分解液を得た後、1160gの脱イオン水を加えて希釈して活性珪酸の重合を抑制した。別の容器に7420gの脱イオン水を採取し、前記の加水分解液を加えて全量を10Kgとし、16時間攪拌して熟成させた。こうしてシリカ濃度3.7重量%でpH2.8の活性珪酸水溶液を得た。
上記シリカ濃度3.7重量%でpH2.8の活性珪酸水溶液2Kgに、攪拌下25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を40g加えてpHを8.6とした。次いで、攪拌下に加熱し、100℃に1時間保ってコロイド粒子を形成させた後、放冷して、わずかに青味を帯びたコロイダルシリカを得た。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが10.1であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約5〜7nmで、長径/短径比が5〜20の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が10〜15であった。シリカ粒子のTEM写真を図1に示した。
Production Example 1
<Example of production of tetramethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica A>
In advance, 2 g of 35% hydrochloric acid was added to 460 g of deionized water to prepare a diluted hydrochloric acid solution. 960 g of tetramethoxysilane (reagent, converted SiO 2 concentration: 39 wt%) was collected in a container, and the diluted hydrochloric acid solution was gradually added with stirring. Initially, the two liquids were not separated and mixed, but after a few minutes hydrolysis started and became a transparent uniform liquid with rapid heat generation. Stirring was continued for 30 minutes to complete hydrolysis, and a hydrolyzed solution was obtained. Then, 1160 g of deionized water was added and diluted to suppress polymerization of active silicic acid. In a separate container, 7420 g of deionized water was collected, and the above hydrolyzate was added to make the total amount 10 Kg, and the mixture was aged by stirring for 16 hours. Thus, an active silicic acid aqueous solution having a silica concentration of 3.7% by weight and a pH of 2.8 was obtained.
40 g of a 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added to 2 kg of the active silicic acid aqueous solution having a silica concentration of 3.7% by weight and a pH of 2.8 to adjust the pH to 8.6. Subsequently, the mixture was heated with stirring and kept at 100 ° C. for 1 hour to form colloidal particles, and then allowed to cool to obtain a slightly bluish colloidal silica. This colloidal silica has a pH of 10.1 at 25 ° C., and is observed to be irregularly linked with a minor axis of about 5 to 7 nm and a major axis / minor axis ratio of 5 to 20 when observed with a transmission electron microscope (TEM). It was a non-spherical silica irregularly shaped particle group, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 10-15. A TEM photograph of the silica particles is shown in FIG.

次いで、上記コロイダルシリカを再度100℃に加熱して、攪拌下に活性珪酸水溶液を添加して粒子の成長を行った。8Kgの活性珪酸水溶液を3時間かけて添加し、添加中は25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を同時添加することでpHを9〜10に維持した。同時添加で使用した25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液は84gであった。添加終了後100℃で1時間攪拌して熟成させ、放冷した。得られたコロイダルシリカは、水の蒸発により9.4Kgであり、25℃でのpHが10.0であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約10〜14nmで、長径/短径比が2〜7の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が4であった。シリカ粒子のTEM写真を図2に示した。
次いで、このコロイダルシリカを分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成ケミカルズ株式会社製マイクローザ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30重量%まで濃縮し、コロイダルシリカ約1200gを回収した。このコロイダルシリカの窒素吸着法BET比表面積測定により得られた粒子径は11nmであった。こうして得られた水酸化テトラメチルアンモニウム安定化コロイダルシリカを、以下でコロイダルシリカAと記す。
Next, the colloidal silica was heated again to 100 ° C., and an aqueous active silicic acid solution was added with stirring to grow particles. 8 Kg of active silicic acid aqueous solution was added over 3 hours, and during the addition, 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added simultaneously to maintain the pH at 9-10. The 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution used in the simultaneous addition was 84 g. After completion of the addition, the mixture was aged at 100 ° C. for 1 hour and allowed to cool. The obtained colloidal silica is 9.4 kg by evaporation of water, has a pH of 10.0 at 25 ° C., and has a minor axis of about 10 to 14 nm and a major axis / The irregular-shaped particle group of irregularly connected non-spherical silica having a minor axis ratio of 2 to 7 was obtained, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 4. A TEM photograph of the silica particles is shown in FIG.
Subsequently, this colloidal silica was subjected to pressure filtration by circulating pumping liquid using a hollow fiber type ultrafiltration membrane (Microsa UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) having a molecular weight cut off of 6,000 to obtain a silica concentration. The mixture was concentrated to 30% by weight, and about 1200 g of colloidal silica was recovered. The particle size of the colloidal silica obtained by nitrogen adsorption method BET specific surface area measurement was 11 nm. The tetramethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica thus obtained will be referred to as colloidal silica A below.

製造例2
<水酸化テトラエチルアンモニウム安定化コロイダルシリカBの製造例>
製造例1と同じ方法で、シリカ濃度3.7重量%でpH2.8の活性珪酸水溶液を10Kg作製した。
活性珪酸水溶液2Kgに、攪拌下35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を36g加えてpHを8.6とした。次いで、攪拌下に加熱し、100℃に1時間保ってコロイド粒子を形成させた後、放冷して、わずかに青味を帯びたコロイダルシリカを得た。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが10.0であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約5〜7nmで、長径/短径比が5〜20の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が10〜15であった。シリカ粒子の形状は製造例1のTEM写真図1と近似していた。
Production Example 2
<Example of production of tetraethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica B>
In the same manner as in Production Example 1, 10 kg of an active silicic acid aqueous solution having a silica concentration of 3.7% by weight and a pH of 2.8 was produced.
To 2 kg of active silicic acid aqueous solution, 36 g of 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution was added with stirring to adjust the pH to 8.6. Subsequently, the mixture was heated with stirring and kept at 100 ° C. for 1 hour to form colloidal particles, and then allowed to cool to obtain a slightly bluish colloidal silica. This colloidal silica has a pH of 10.0 at 25 ° C., and when observed with a transmission electron microscope (TEM), the colloidal silica is randomly connected with a minor axis of about 5 to 7 nm and a major axis / minor axis ratio of 5 to 20. It was a non-spherical silica irregularly shaped particle group, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 10-15. The shape of the silica particles was close to the TEM photograph of Production Example 1 shown in FIG.

次いで、上記コロイダルシリカを再度100℃に加熱して、攪拌下に活性珪酸水溶液を添加して粒子の成長を行った。8Kgの活性珪酸水溶液を3時間かけて添加し、添加中は35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を同時添加することでpHを9〜10に維持した。同時添加で使用した35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液は60gであった。添加終了後100℃で1時間攪拌して熟成させ、放冷した。得られたコロイダルシリカは、水の蒸発により8.8Kgであり、25℃でのpHが9.5であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約10〜14nmで、長径/短径比が2〜7の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が4であった。シリカ粒子のTEM写真を図3に示した。
次いで、このコロイダルシリカを分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成ケミカルズ株式会社製マイクローザ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30重量%まで濃縮し、コロイダルシリカ約1200gを回収した。このコロイダルシリカの窒素吸着法BET比表面積測定により得られた粒子径は13nmであった。こうして得られた水酸化テトラエチルアンモニウム安定化コロイダルシリカを、以下でコロイダルシリカBと記す。
Next, the colloidal silica was heated again to 100 ° C., and an aqueous active silicic acid solution was added with stirring to grow particles. 8 Kg of active silicic acid aqueous solution was added over 3 hours, and during the addition, 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution was added simultaneously to maintain the pH at 9-10. The 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution used in the simultaneous addition was 60 g. After completion of the addition, the mixture was aged at 100 ° C. for 1 hour and allowed to cool. The obtained colloidal silica is 8.8 kg by evaporation of water, has a pH of 9.5 at 25 ° C., and has a minor axis of about 10 to 14 nm and a major axis / The irregular-shaped particle group of irregularly connected non-spherical silica having a minor axis ratio of 2 to 7 was obtained, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 4. A TEM photograph of the silica particles is shown in FIG.
Subsequently, this colloidal silica was subjected to pressure filtration by circulating pumping liquid using a hollow fiber type ultrafiltration membrane (Microsa UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) having a molecular weight cut off of 6,000 to obtain a silica concentration. The mixture was concentrated to 30% by weight, and about 1200 g of colloidal silica was recovered. The particle diameter of the colloidal silica obtained by the nitrogen adsorption method BET specific surface area measurement was 13 nm. The tetraethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica thus obtained will be referred to as colloidal silica B below.

製造例3
<水酸化テトラメチルアンモニウム安定化コロイダルシリカCの製造例>
予め、2000gの脱イオン水に35%塩酸10gを加えて希塩酸液を作製した。テトラエトキシシラン(多摩化学工業株式会社製、換算SiO濃度29重量%)1070gを容器に採取し、攪拌下に前記希塩酸液380gを加えた。当初二液は分離して混ざらなかったが、十数分後に加水分解が始まり発熱とともに透明な均一液となった。そのまま30分攪拌を続け加水分解を完結させて加水分解液を得た後、1000gの脱イオン水を加えて希釈して活性珪酸の重合を抑制した。別の容器に5900gの脱イオン水を採取し、前記の加水分解液を加えて全量を8350gとし、16時間攪拌して熟成させた。こうしてシリカ濃度3.7重量%でpH2.8の活性珪酸水溶液を得た。
Production Example 3
<Example of production of tetramethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica C>
A diluted hydrochloric acid solution was prepared in advance by adding 10 g of 35% hydrochloric acid to 2000 g of deionized water. 1070 g of tetraethoxysilane (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., converted SiO 2 concentration: 29% by weight) was collected in a container, and 380 g of the diluted hydrochloric acid solution was added with stirring. Initially, the two liquids were not separated and mixed, but after about ten minutes, hydrolysis started and the liquid became transparent and uniform with heat generation. Stirring was continued for 30 minutes to complete the hydrolysis to obtain a hydrolyzed solution, which was then diluted by adding 1000 g of deionized water to suppress polymerization of active silicic acid. In a separate container, 5900 g of deionized water was collected, and the above hydrolyzate was added to make a total amount of 8350 g, which was aged by stirring for 16 hours. Thus, an active silicic acid aqueous solution having a silica concentration of 3.7% by weight and a pH of 2.8 was obtained.

活性珪酸水溶液1000gに、攪拌下25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を16g加えてpHを8.7とした。次いで、攪拌下に加熱し、100℃に1時間保ってコロイド粒子を形成させた後、放冷して、わずかに青味を帯びたコロイダルシリカを得た。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが10.1であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約4〜5nmで、長径/短径比が5〜20の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が10〜15であった。シリカ粒子の形状は製造例1のTEM写真図1と近似していた。   16 g of 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added to 1000 g of the active silicic acid aqueous solution with stirring to adjust the pH to 8.7. Subsequently, the mixture was heated with stirring and kept at 100 ° C. for 1 hour to form colloidal particles, and then allowed to cool to obtain a slightly bluish colloidal silica. This colloidal silica has a pH of 10.1 at 25 ° C., and when observed with a transmission electron microscope (TEM), the colloidal silica is irregularly connected with a minor axis of about 4 to 5 nm and a major axis / minor axis ratio of 5 to 20. It was a non-spherical silica irregularly shaped particle group, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 10-15. The shape of the silica particles was close to the TEM photograph of Production Example 1 shown in FIG.

次いで、上記コロイダルシリカを再度100℃に加熱して、攪拌下に活性珪酸水溶液を添加して粒子の成長を行った。2000gの活性珪酸水溶液を2時間かけて添加し、添加中は25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を同時添加することでpHを9〜10に維持した。同時添加で使用した25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液は14gであった。添加終了後100℃で1時間攪拌して熟成させ、放冷した。得られたコロイダルシリカは、水の蒸発により3260gであり、25℃でのpHが9.7であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約7〜10nmで、長径/短径比が2〜7の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が5であった。シリカ粒子のTEM写真を図4に示した。
次いで、このコロイダルシリカを分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成ケミカルズ株式会社製マイクローザ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30重量%まで濃縮し、コロイダルシリカ約360gを回収した。このコロイダルシリカの窒素吸着法BET比表面積測定により得られた粒子径は8nmであった。こうして得られた水酸化テトラメチルアンモニウム安定化コロイダルシリカを、以下でコロイダルシリカCと記す。
Next, the colloidal silica was heated again to 100 ° C., and an aqueous active silicic acid solution was added with stirring to grow particles. 2000 g of active silicic acid aqueous solution was added over 2 hours, and during the addition, 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added simultaneously to maintain the pH at 9-10. The 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution used in the simultaneous addition was 14 g. After completion of the addition, the mixture was aged at 100 ° C. for 1 hour and allowed to cool. The obtained colloidal silica is 3260 g by evaporation of water, has a pH of 9.7 at 25 ° C., and has a minor axis of about 7 to 10 nm and a major axis / minor axis as observed by a transmission electron microscope (TEM). It was a group of irregularly shaped non-spherical silica particles having a ratio of 2 to 7 which were irregularly connected, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 5. A TEM photograph of the silica particles is shown in FIG.
Subsequently, this colloidal silica was subjected to pressure filtration by circulating pumping liquid using a hollow fiber type ultrafiltration membrane (Microsa UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) having a molecular weight cut off of 6,000 to obtain a silica concentration. The solution was concentrated to 30% by weight, and about 360 g of colloidal silica was recovered. The particle diameter of the colloidal silica obtained by the nitrogen adsorption method BET specific surface area measurement was 8 nm. The tetramethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica thus obtained will be referred to as colloidal silica C below.

製造例4
<水酸化テトラエチルアンモニウム安定化コロイダルシリカDの製造例>
製造例3と同じ方法で、シリカ濃度3.7重量%でpH2.8の活性珪酸水溶液を8.35Kg作製した。
活性珪酸水溶液500gに、攪拌下35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を10g加えてpHを9.0とした。次いで、攪拌下に加熱し、100℃に1時間保ってコロイド粒子を形成させた後、放冷して、わずかに青味を帯びたコロイダルシリカを得た。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが10.3であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約5〜7nmで、長径/短径比が5〜20の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が10〜15であった。シリカ粒子の形状は製造例1のTEM写真図1と近似していた。
Production Example 4
<Example of production of tetraethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica D>
In the same manner as in Production Example 3, 8.35 kg of an active silicic acid aqueous solution having a silica concentration of 3.7% by weight and a pH of 2.8 was prepared.
10 g of 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution was added to 500 g of the active silicic acid aqueous solution with stirring to adjust the pH to 9.0. Subsequently, the mixture was heated with stirring and kept at 100 ° C. for 1 hour to form colloidal particles, and then allowed to cool to obtain a slightly bluish colloidal silica. This colloidal silica has a pH of 10.3 at 25 ° C., and when observed with a transmission electron microscope (TEM), the colloidal silica is randomly connected with a minor axis of about 5 to 7 nm and a major axis / minor axis ratio of 5 to 20. It was a non-spherical silica irregularly shaped particle group, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 10-15. The shape of the silica particles was close to the TEM photograph of Production Example 1 shown in FIG.

次いで、上記コロイダルシリカを再度100℃に加熱して、攪拌下に活性珪酸水溶液を添加して粒子の成長を行った。6.35Kgの活性珪酸水溶液を6時間かけて添加し、添加中は35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を同時添加することでpHを9〜10に維持した。同時添加で使用した35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液は59gであった。添加終了後100℃で1時間攪拌して熟成させ、放冷した。得られたコロイダルシリカは、水の蒸発により5.95Kgであり、25℃でのpHが10.3であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約25nmで、長径/短径比が1.2〜3の不規則に伸長した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が10〜15であった。シリカ粒子のTEM写真を図5に示した。
次いで、このコロイダルシリカを分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成ケミカルズ株式会社製マイクローザ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30重量%まで濃縮し、コロイダルシリカ約800gを回収した。このコロイダルシリカの窒素吸着法BET比表面積測定により得られた粒子径は21nmであった。こうして得られた水酸化テトラエチルアンモニウム安定化コロイダルシリカを、以下でコロイダルシリカDと記す。
Next, the colloidal silica was heated again to 100 ° C., and an aqueous active silicic acid solution was added with stirring to grow particles. 6.35 Kg of active silicic acid aqueous solution was added over 6 hours, and during the addition, 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution was added simultaneously to maintain the pH at 9-10. The 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution used in the simultaneous addition was 59 g. After completion of the addition, the mixture was aged at 100 ° C. for 1 hour and allowed to cool. The obtained colloidal silica is 5.95 Kg by evaporation of water, has a pH of 10.3 at 25 ° C., has a minor axis of about 25 nm, and a major axis / minor axis as observed by a transmission electron microscope (TEM). The irregularly shaped non-spherical silica particles having a ratio of 1.2 to 3 were formed, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 10 to 15. A TEM photograph of the silica particles is shown in FIG.
Subsequently, this colloidal silica was subjected to pressure filtration by circulating pumping liquid using a hollow fiber type ultrafiltration membrane (Microsa UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) having a molecular weight cut off of 6,000 to obtain a silica concentration. The mixture was concentrated to 30% by weight and about 800 g of colloidal silica was recovered. The particle diameter of this colloidal silica obtained by nitrogen adsorption method BET specific surface area measurement was 21 nm. The tetraethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica thus obtained will be referred to as colloidal silica D below.

製造例5
<水酸化テトラエチルアンモニウム安定化コロイダルシリカEの製造例>
製造例3と同様の方法で、シリカ濃度3.7重量%でpH2.8の活性珪酸水溶液を13.5Kg作製した。
活性珪酸水溶液100gに、攪拌下35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を2g加えてpHを9.0とした。次いで、攪拌下に加熱し、100℃に1時間保ってコロイド粒子を形成させた後、放冷して、わずかに青味を帯びたコロイダルシリカを得た。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが10.3であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約5〜7nmで、長径/短径比が5〜20の不規則に連結した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が10〜15であった。シリカ粒子の形状は製造例1のTEM写真図1と近似していた。
Production Example 5
<Example of production of tetraethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica E>
In the same manner as in Production Example 3, 13.5 kg of an active silicic acid aqueous solution having a silica concentration of 3.7% by weight and a pH of 2.8 was prepared.
To 100 g of the active silicic acid aqueous solution, 2 g of 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution was added with stirring to adjust the pH to 9.0. Subsequently, the mixture was heated with stirring and kept at 100 ° C. for 1 hour to form colloidal particles, and then allowed to cool to obtain a slightly bluish colloidal silica. This colloidal silica has a pH of 10.3 at 25 ° C., and when observed with a transmission electron microscope (TEM), the colloidal silica is randomly connected with a minor axis of about 5 to 7 nm and a major axis / minor axis ratio of 5 to 20. It was a non-spherical silica irregularly shaped particle group, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 10-15. The shape of the silica particles was close to the TEM photograph of Production Example 1 shown in FIG.

次いで、上記コロイダルシリカを再度100℃に加熱して、攪拌下に活性珪酸水溶液を添加して粒子の成長を行った。13.4Kgの活性珪酸水溶液を24時間かけて添加し、添加中は35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を同時添加することでpHを9〜10に維持した。同時添加で使用した35%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液は120gであった。添加終了後100℃で1時間攪拌して熟成させ、放冷した。得られたコロイダルシリカは、水の蒸発により10.1Kgであり、25℃でのpHが10.3であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では、短径が約46nmで、長径/短径比が1.2〜1.8の不規則に伸長した非球状シリカの異形粒子群となっており、長径/短径比の平均値が1.5であった。
次いで、このコロイダルシリカを分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成ケミカルズ株式会社製マイクローザ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30重量%まで濃縮し、コロイダルシリカ約800gを回収した。このコロイダルシリカの窒素吸着法BET比表面積測定により得られた粒子径は56nmであった。こうして得られた水酸化テトラエチルアンモニウム安定化コロイダルシリカを、以下でコロイダルシリカEと記す。
Next, the colloidal silica was heated again to 100 ° C., and an aqueous active silicic acid solution was added with stirring to grow particles. 13.4 Kg of active silicic acid aqueous solution was added over 24 hours, and during the addition, 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution was added simultaneously to maintain the pH at 9-10. The 35% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution used in the simultaneous addition was 120 g. After completion of the addition, the mixture was aged at 100 ° C. for 1 hour and allowed to cool. The obtained colloidal silica is 10.1 Kg by evaporation of water, has a pH of 10.3 at 25 ° C., and has a minor axis of about 46 nm and a major axis / minor axis as observed by a transmission electron microscope (TEM). The irregularly shaped non-spherical silica particles having a ratio of 1.2 to 1.8 were formed, and the average value of the major axis / minor axis ratio was 1.5.
Subsequently, this colloidal silica was subjected to pressure filtration by circulating pumping liquid using a hollow fiber type ultrafiltration membrane (Microsa UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) having a molecular weight cut off of 6,000 to obtain a silica concentration. The mixture was concentrated to 30% by weight and about 800 g of colloidal silica was recovered. The particle diameter of this colloidal silica obtained by nitrogen adsorption method BET specific surface area measurement was 56 nm. The tetraethylammonium hydroxide stabilized colloidal silica thus obtained will be referred to as colloidal silica E below.

製造例6
<添加剤A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を作製した。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製した。
Production Example 6
<Production example of additive A>
Carbon dioxide gas was blown into 164 kg of 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution with vigorous 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 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added and mixed to prepare 333.3 kg of a mixed tetramethylammonium solution for buffer composition.

製造例7
<添加剤Bの製造例>
25%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液265Kgに試薬の95%硫酸37.5Kgを滴下して、pH7に中和して、約300Kgの硫酸テトラメチルアンモニウム水溶液を作製した。
Production Example 7
<Production example of additive B>
To 265 Kg of 25% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, 37.5 Kg of 95% sulfuric acid as a reagent was dropped to neutralize to pH 7 to prepare about 300 Kg of tetramethylammonium sulfate aqueous solution.

実施例に用いる研磨組成物(C−1〜C−12)の作製
製造例1〜5に示す方法で作製した各17KgのコロイダルシリカA〜Eに、製造例6、7に示す方法で作製した添加剤A及び添加剤Bをそれぞれ表1−1〜表1−3の水準になるよう加えて24時間混合した。こうしてpH緩衝作用を有する研磨用組成物を作製した。試作した研磨用組成物をそれぞれC−1〜C−12と略記して、その性状を表1−1〜表1−3に記載した。そして、C−1〜C−12の研磨用組成物を実施例に用いた。なお、表中、「Na(ppm/SiO)」はシリカ当たりのナトリウム濃度を表す。また、表中導電率「mS/m/1%−SiO」は導電率計を用いて各研磨用組成物の導電率を測定し、測定値をシリカ濃度で除した値である。更に、TMAHCOは、炭酸水素テトラメチルアンモニウムの略である。
Production of Polishing Compositions (C-1 to C-12) Used in the Examples Each of the 17 Kg colloidal silicas A to E produced by the method shown in Production Examples 1 to 5 was produced by the methods shown in Production Examples 6 and 7. Additive A and Additive B were added to the levels shown in Table 1-1 to Table 1-3, and mixed for 24 hours. Thus, a polishing composition having a pH buffering action was produced. The trial polishing compositions were abbreviated as C-1 to C-12, respectively, and their properties were listed in Tables 1-1 to 1-3. And the polishing composition of C-1 to C-12 was used for the Example. 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 polishing composition using a conductivity meter and dividing the measured value by the silica concentration. Furthermore, TMAHCO 3 is an abbreviation for tetramethylammonium hydrogen carbonate.

Figure 2010182811
Figure 2010182811

Figure 2010182811
Figure 2010182811

Figure 2010182811
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比較例に用いる研磨組成物(E−1〜E−5)の作製
E−1:市販の球状粒子よりなる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重量%でpH10.4のコロイダルシリカ、即ち研磨用組成物を調製した。なお、この研磨用組成物の導電率は691mS/mであり、シリカ濃度で除した導電率は17.7mS/m/1%−SiOであった。
E−2:本願製造例1にて作製したコロイダルシリカAを用い、表2の組成となるよう研磨用組成物を調製した。
E−3:本願製造例2にて作製したコロイダルシリカBを用い、表2の組成となるよう研磨用組成物を調製した。
E−4:本願製造例2にて作製したコロイダルシリカBを用い、表2の組成となるよう研磨用組成物を調製した。
E−5:本願製造例2にて作製したコロイダルシリカBを用い、表2の組成となるよう研磨用組成物を調製した。
作製の手順は、E−1の手順に準拠した。
Preparation of polishing compositions (E-1 to E-5) used in comparative examples E-1: Sodium-stabilized colloidal silica composed of commercially available spherical particles (silica doll 40: silica concentration 40.4% by weight, average particle diameter) 1833 nm of sodium (4000 ppm) was added to 3333 g of additive B and mixed for 24 hours. Thus, colloidal silica having a pH buffering action and having a silica concentration of 39% by weight and a pH of 10.4, that is, a polishing composition was prepared. In addition, the electrical conductivity of this polishing composition was 691 mS / m, and the electrical conductivity divided by the silica concentration was 17.7 mS / m / 1% -SiO 2 .
E-2: Using the colloidal silica A produced in Production Example 1 of the present application, a polishing composition was prepared so as to have the composition shown in Table 2.
E-3: A polishing composition was prepared using the colloidal silica B produced in Production Example 2 of the present application so as to have the composition shown in Table 2.
E-4: Polishing composition was prepared so that it might become the composition of Table 2 using the colloidal silica B produced in this-application manufacture example 2. FIG.
E-5: A polishing composition was prepared using the colloidal silica B produced in Production Example 2 of the present application so as to have the composition shown in Table 2.
The production procedure conformed to the procedure of E-1.

Figure 2010182811
Figure 2010182811

表2において、E−1は、コロイダルシリカ粒子形状が本願特許請求の範囲と異なっており、またNa濃度が高い。
E−2は、25℃におけるシリカ粒子1重量%あたりの導電率が、本願特許請求の範囲より低くなっている。
E−3は、pHが、本願特許請求の範囲と異なっている。
E−4は、25℃におけるシリカ粒子1重量%あたりの導電率が、本願特許請求の範囲より高くなっている。
E−5は、緩衝溶液を添加しない組成となっている。
E−1〜E−5の研磨用組成物を比較例に用いた。
In Table 2, E-1 is different in colloidal silica particle shape from the claims of the present application, and has a high Na concentration.
As for E-2, the electrical conductivity per 1 weight% of silica particles in 25 degreeC is lower than the claim of this application.
E-3 has a pH different from that of the claims of the present application.
As for E-4, the electrical conductivity per 1 weight% of silica particles in 25 degreeC is higher than the claim of this application.
E-5 has a composition in which no buffer solution is added.
Polishing compositions E-1 to E-5 were used in Comparative Examples.

<半導体ウエハのエッジ部分研磨試験>
表1−1〜表1−3に示すC−1〜C−3、C−6〜C−9、C−11、C−12の研磨用組成物を、以下の表3−1〜表3−2に示すシリカ濃度となるように純水で希釈した。また、表2に示すE−1〜E−5の研磨用組成物を、表4に示すシリカ濃度となるよう純水で希釈した。希釈された研磨用組成物を用いて以下の研磨試験を行った。
<Semiconductor wafer edge polishing test>
The polishing compositions of C-1 to C-3, C-6 to C-9, C-11, and C-12 shown in Table 1-1 to Table 1-3 are shown in Tables 3-1 to 3 below. It was diluted with pure water so that the silica concentration shown in -2. Further, the polishing compositions E-1 to E-5 shown in Table 2 were diluted with pure water so that the silica concentrations shown in Table 4 were obtained. The following polishing test was conducted using the diluted polishing composition.

<試験条件>
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った。使用したウエハエッジ研磨装置及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・ハース株式会社製)
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。
<Test conditions>
A polishing experiment of an 8-inch silicon wafer with a poly-Si film was performed by the method described above. The wafer edge polishing apparatus and polishing conditions used are as follows.
Polishing apparatus: EPF-200X type edge polishing apparatus manufactured by Speed Fem Co., Ltd. Wafer rotation speed: 2000 times / min Polishing time: 60 seconds / sheet Polishing composition flow rate: 3 L / min Polishing cloth: suba400 (Nita Haas Co., Ltd.) Made)
Weight: 40 N / unit 10 wafers were polished continuously, and the following evaluation test was performed on the 10th wafer.

<評価>
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た。研磨装置からウエハを取り外し、1重量%アンモニア水溶液及び純水を用いてブラシスクラブ洗浄した。その後、窒素ブローを施しながらスピン乾燥を実施した。このようにし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の個数を、SEM及びレーザー光散乱法表面検査装置により測定した。更に、研磨面に生じるヘイズ及びピットの有無、並びに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の有無を、集光灯下で目視観察し、更に800倍の光学顕微鏡で観察した。観察は、被加工物全周に対して行った。更に研磨前後のデバイスウエハの重量差から研磨速度を求めた。
<Evaluation>
After the edge polishing was completed, the polishing composition was washed away by flowing pure water instead of the polishing composition. The wafer was removed from the polishing apparatus and subjected to brush scrub cleaning using a 1 wt% aqueous ammonia solution and pure water. Thereafter, spin drying was performed while nitrogen blowing was performed. With respect to the wafer thus obtained, the number of particles of 0.15 μm or more adhering to the surface was measured by an SEM and a laser light scattering method surface inspection apparatus. Further, the presence or absence of haze and pits generated on the polished surface, and the presence or absence of uncut residue generated due to incomplete edge polishing were visually observed under a condensing lamp, and further observed with an 800 × optical microscope. Observation was performed on the entire circumference of the workpiece. Further, the polishing rate was determined from the difference in weight of the device wafer before and after polishing.

実施例1〜9、比較例1〜5
<エッジ研磨試験>
上述の条件でエッジ研磨試験を実施した。
表3−1〜表3−2は実施例である。本願特許請求の範囲にあるC−1〜C−3、C−6〜C−9、C−11、C−12の研磨用組成物を希釈してエッジ研磨試験を実施した結果、すべての評価項目で良好な結果が得られた。
表4は比較例である。比較例1は、Naを多く含有する研磨用組成物を用いたため、ウエハ裏面に付着する粒子数が増加する結果となった。
比較例2は、25℃におけるシリカ粒子1重量%あたりの導電率が低いため研磨速度が低くなり、研磨残りも生じた。比較例3は、pHが本願特許請求の範囲より高いため、研磨面にヘイズが残った。比較例4は、25℃におけるシリカ粒子1重量%あたりの導電率が高いため、ウエハ裏面に付着する粒子数が増加した。比較例5は、緩衝溶液組成でないため、研磨加工前後での研磨用組成物のpHが大きく、かつ、研磨速度も低かった。
Examples 1-9, Comparative Examples 1-5
<Edge polishing test>
An edge polishing test was performed under the above-described conditions.
Tables 3-1 to 3-2 are examples. As a result of diluting the polishing compositions of C-1 to C-3, C-6 to C-9, C-11, and C-12 within the scope of claims of this application and performing an edge polishing test, all evaluations Good results were obtained for the items.
Table 4 is a comparative example. Since Comparative Example 1 used a polishing composition containing a large amount of Na, the number of particles adhering to the back surface of the wafer increased.
In Comparative Example 2, since the conductivity per 1% by weight of silica particles at 25 ° C. was low, the polishing rate was low and polishing residue was also generated. In Comparative Example 3, since the pH was higher than the scope of claims of the present application, haze remained on the polished surface. In Comparative Example 4, the conductivity per 1% by weight of silica particles at 25 ° C. was high, so the number of particles adhering to the back surface of the wafer increased. Since Comparative Example 5 was not a buffer solution composition, the pH of the polishing composition before and after polishing was high, and the polishing rate was low.

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<平面研磨試験>
表1−1〜表1−3に示すC−4、C−5、C−10〜C−12の研磨用組成物を、表5−1〜表5−2に示すシリカ濃度となるよう純水で希釈した。また、表2に示すE−1、E−3、E−4、E−5の研磨用組成物を、表6に示すシリカ濃度となるよう純水で希釈した。希釈されたコロイダルシリカを用いて以下の研磨試験を行った。
<Surface polishing test>
The polishing compositions of C-4, C-5, C-10 to C-12 shown in Table 1-1 to Table 1-3 were purified so that the silica concentrations shown in Table 5-1 to Table 5-2 were obtained. Dilute with water. Further, the polishing compositions E-1, E-3, E-4, and E-5 shown in Table 2 were diluted with pure water so that the silica concentrations shown in Table 6 were obtained. The following polishing test was performed using the diluted colloidal silica.

<試験条件>
上述の方法にて研磨実験を行った。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。使用したウエハ研磨装置は以下の通りであり、以下の研磨条件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・ハース株式会社製)
荷重:150g/cm
研磨用組成物流量:80ml/分
研磨時間:10分
<Test conditions>
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 used was as follows, and mirror polishing was performed under the following polishing conditions.
Polishing device: 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 Co., Ltd.)
Load: 150 g / cm 2
Polishing composition flow rate: 80 ml / min Polishing time: 10 minutes

<評価>
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た。研磨装置からウエハを取り外し、1重量%アンモニア水溶液及び純水を用いてブラシスクラブ洗浄した。その後、窒素ブローを施しながらスピン乾燥を実施した。このようにし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の個数を、SEM及びレーザー光散乱法表面検査装置により測定した。更に、研磨面に生じるヘイズ及びピットの有無を、集光灯下にて目視観察した。更に研磨前後のウエハの重量差から研磨速度を求めた。
<Evaluation>
After the surface polishing, the polishing composition was washed away by flowing pure water instead of the polishing composition. The wafer was removed from the polishing apparatus and subjected to brush scrub cleaning using a 1 wt% aqueous ammonia solution and pure water. Thereafter, spin drying was performed while nitrogen blowing was performed. With respect to the wafer thus obtained, the number of particles of 0.15 μm or more adhering to the surface was measured by an SEM and a laser light scattering method surface inspection apparatus. Furthermore, the presence or absence of haze and pits generated on the polished surface was visually observed under a condenser lamp. Further, the polishing rate was determined from the weight difference between the wafers before and after polishing.

実施例10〜18、比較例5〜8
<平面研磨試験結果>
上述の条件で平面研磨試験を実施した。
表5−1〜表5−2は実施例である。本願特許請求の範囲にあるC−4、C−5、C−10〜C−12の研磨用組成物を希釈してエッジ研磨試験を実施した結果、すべての評価項目で良好な結果が得られた。
表6は比較例である。比較例5は、Naを多く含有する研磨用組成物を用いたため、ウエハ表面に付着する粒子数が増加する結果となった。比較例6は、pHが本願特許請求の範囲より高いため、研磨面にヘイズが残ると同時にウエハ表面に付着する粒子数が増加した。比較例7は、25℃におけるシリカ粒子1重量%あたりの導電率が高いため、ウエハ表面に付着する粒子数が増加した。比較例8は、研磨加工の前後でのpHの変化が大きかった。また、研磨速度が低く、研磨面にピットが発生した。なお、ウエハ表面の付着粒子数は、ピット数も含んだ値である。
Examples 10-18, Comparative Examples 5-8
<Surface polishing test results>
A surface polishing test was performed under the above-described conditions.
Tables 5-1 to 5-2 are examples. As a result of diluting C-4, C-5, C-10 to C-12 polishing compositions in the scope of claims of this application and conducting an edge polishing test, good results were obtained for all evaluation items. It was.
Table 6 is a comparative example. Since Comparative Example 5 used a polishing composition containing a large amount of Na, the number of particles adhering to the wafer surface increased. In Comparative Example 6, since the pH was higher than that of the claims of the present application, haze remained on the polished surface, and at the same time, the number of particles adhering to the wafer surface increased. In Comparative Example 7, the conductivity per 1% by weight of silica particles at 25 ° C. was high, so the number of particles attached to the wafer surface increased. In Comparative Example 8, the change in pH before and after the polishing process was large. Further, the polishing rate was low, and pits were generated on the polished surface. The number of adhered particles on the wafer surface is a value including the number of pits.

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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微粒子及び金属汚染を起こしにくい効果が得られ、かつ、ビルドアップ方式で製造されるためシリカ粒子の密度が高く、かつ、非球状粒子であるため高い研磨力が得られる。更に、pH緩衝作用を持つ研磨用組成とすることで安定した研磨加工を行うことを可能とした。よって、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 effect of hardly causing fine particles and metal contamination in polishing of a semiconductor wafer or the like is obtained, and since it is manufactured by a build-up method, the density of silica particles is high and non-spherical. High polishing power can be obtained because of the particles. Furthermore, a stable polishing process can be performed by using a polishing composition having a pH buffering action. Therefore, the effect on related industries is extremely large.

Claims (6)

テトラアルコキシシランを酸触媒で加水分解して得た活性珪酸水溶液に、水酸化第4アンモニウムを加えてpHをアルカリとし、加熱してシリカ粒子を成長させて得られたコロイダルシリカを含有する半導体ウエハ研磨用組成物であって、前記シリカ粒子が、電子顕微鏡観察による短軸方向の平均直径が5〜50nmであり、長軸方向の長さが短軸の1.2〜10倍である非球状の形状を有し、BET法より算出される平均粒子径が5〜100nmであり、かつ、前記半導体ウエハ研磨用組成物がpH緩衝溶液を含むことにより、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。   A semiconductor wafer containing colloidal silica obtained by adding quaternary ammonium hydroxide to an active silicic acid aqueous solution obtained by hydrolyzing tetraalkoxysilane with an acid catalyst to make the pH alkaline, and heating to grow silica particles A non-spherical composition for polishing, wherein the silica particles have an average diameter in the minor axis direction of 5 to 50 nm as observed by an electron microscope and a length in the major axis direction is 1.2 to 10 times the minor axis. And the average particle size calculated by the BET method is 5 to 100 nm, and the semiconductor wafer polishing composition contains a pH buffer solution, thereby buffering at 25 ° C. between pH 8-11. A semiconductor wafer polishing composition characterized by having an action. 水酸化第4アンモニウムが、コリン、水酸化テトラメチルアンモニウムもしくは水酸化テトラエチルアンモニウムであ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 quaternary ammonium hydroxide is choline, tetramethylammonium hydroxide, or tetraethylammonium hydroxide. pH緩衝溶液が弱酸と強塩基の組み合わせよりなり、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2に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   The pH buffer solution is a combination of a weak acid and a strong base, the anion constituting the weak acid is carbonate ion and / or bicarbonate ion, and the cation constituting the strong base is choline ion, tetramethylammonium ion or tetraethyl. The composition for polishing a semiconductor wafer according to claim 2, wherein the composition is ammonium ion or a mixture thereof. pH緩衝溶液の濃度を高くすること、及び/または、強酸と水酸化第4アンモニウム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200mS/m以下となるように調製された請求項3に記載の半導体ウエハ研磨用組成物。   By increasing the concentration of the pH buffer solution and / or having a strong acid and quaternary ammonium hydroxide salt, the conductivity at 25 ° C. is 15 mS / m or more and 200 mS / m or less per 1% by weight of silica particles. The semiconductor wafer polishing composition according to claim 3, which is prepared as described above. 請求項1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、シリカ濃度1〜8モル/リットル、酸濃度0.0018〜0.18モル/リットル、水濃度2〜30モル/リットルの範囲の組成で、テトラアルコキシシランを加水分解して活性珪酸水溶液を調製する第一工程、第一工程で調製した活性珪酸をシリカ濃度が0.2〜1.5モル/リットルの範囲となるように水で希釈し、次いでpHが8〜11となるように水酸化第4アンモニウムを加えた後、加熱してコロイド粒子を成長させる第二工程、第二工程で製造したコロイド粒子を限外濾過により濃縮してシリカ濃度が20〜50重量%のコロイダルシリカ溶液を作製する第三工程、第三工程で作製したコロイダルシリカ溶液にpH緩衝組成となるよう弱酸と水酸化第4アンモニウムを加える第四工程、よりなる半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法。   It is a manufacturing method of the composition for semiconductor wafer polishing of Claim 1, Comprising: Silica concentration 1-8 mol / liter, acid concentration 0.0018-0.18 mol / liter, and water concentration 2-30 mol / liter The first step of hydrolyzing tetraalkoxysilane to prepare an active silicic acid aqueous solution with a composition in the range, the active silicic acid prepared in the first step so that the silica concentration is in the range of 0.2 to 1.5 mol / liter After diluting with water and adding quaternary ammonium hydroxide so that the pH is 8-11, the colloidal particles produced in the second step and the second step of growing colloidal particles by heating are ultrafiltered. The third step for preparing a colloidal silica solution having a silica concentration of 20 to 50% by weight by concentration with a weak acid and a fourth ammonium hydroxide so that the colloidal silica solution prepared in the third step has a pH buffer composition. Method for producing a fourth step, become more semiconductor wafer polishing composition added arm. 請求項5記載の半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法において、第二工程と第三工程の間にコロイド粒子をさらに成長させる工程を施す半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法。   6. The method for producing a semiconductor wafer polishing composition according to claim 5, wherein a step of further growing colloidal particles is performed between the second step and the third step.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011201719A (en) * 2010-03-25 2011-10-13 Fuso Chemical Co Ltd Method for adjusting secondary particle size of colloidal silica
JP2012156393A (en) * 2011-01-27 2012-08-16 Nippon Chem Ind Co Ltd Composition for polishing semiconductor wafer, production method therefor, and polishing method
WO2012141145A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 株式会社 フジミインコーポレーテッド Composition for polishing edge of substrate, and method for polishing edge of substrate using same
JP2014041911A (en) * 2012-08-22 2014-03-06 Sumitomo Electric Ind Ltd Polishing composition, and manufacturing method of compound semiconductor substrate
JP2018090798A (en) * 2016-12-02 2018-06-14 日揮触媒化成株式会社 Silica-based particles for polishing and abrasive
WO2018181713A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 日揮触媒化成株式会社 Production method for silica particle liquid dispersion
JP2019008846A (en) * 2017-06-22 2019-01-17 山口精研工業株式会社 Polishing agent composition for magnetic disk substrate
JP2020007382A (en) * 2018-07-02 2020-01-16 キヤノン株式会社 Coating composition and method for producing the same, and optical member, and imaging device
JP2021116208A (en) * 2020-01-28 2021-08-10 三菱ケミカル株式会社 Method for producing silica particle, method for producing silica sol, method for removing intermediate product and polishing method
CN115466573A (en) * 2022-09-05 2022-12-13 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 Polishing solution for monocrystalline silicon wafer and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61209910A (en) * 1985-03-15 1986-09-18 Tama Kagaku Kogyo Kk Production of colloidal silica for polishing
JPH06316407A (en) * 1993-03-03 1994-11-15 Nissan Chem Ind Ltd Production of silica sol
JPH1160232A (en) * 1997-08-11 1999-03-02 Mamoru Iso Production of cocoon-shaped colloidal silica
JP2001048520A (en) * 1999-08-04 2001-02-20 Nippon Chem Ind Co Ltd Silica sql having long and narrow shape and its production
JP2008270584A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Nippon Chem Ind Co Ltd Polishing composition for semiconductor wafer and polishing processing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61209910A (en) * 1985-03-15 1986-09-18 Tama Kagaku Kogyo Kk Production of colloidal silica for polishing
JPH06316407A (en) * 1993-03-03 1994-11-15 Nissan Chem Ind Ltd Production of silica sol
JPH1160232A (en) * 1997-08-11 1999-03-02 Mamoru Iso Production of cocoon-shaped colloidal silica
JP2001048520A (en) * 1999-08-04 2001-02-20 Nippon Chem Ind Co Ltd Silica sql having long and narrow shape and its production
JP2008270584A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Nippon Chem Ind Co Ltd Polishing composition for semiconductor wafer and polishing processing method

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011201719A (en) * 2010-03-25 2011-10-13 Fuso Chemical Co Ltd Method for adjusting secondary particle size of colloidal silica
JP2012156393A (en) * 2011-01-27 2012-08-16 Nippon Chem Ind Co Ltd Composition for polishing semiconductor wafer, production method therefor, and polishing method
WO2012141145A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 株式会社 フジミインコーポレーテッド Composition for polishing edge of substrate, and method for polishing edge of substrate using same
JPWO2012141145A1 (en) * 2011-04-13 2014-07-28 株式会社フジミインコーポレーテッド Composition for polishing edge of substrate and method for polishing edge of substrate using the same
JP6134644B2 (en) * 2011-04-13 2017-05-24 株式会社フジミインコーポレーテッド Composition for polishing edge of substrate and method for polishing edge of substrate using the same
JP2014041911A (en) * 2012-08-22 2014-03-06 Sumitomo Electric Ind Ltd Polishing composition, and manufacturing method of compound semiconductor substrate
JP2018090798A (en) * 2016-12-02 2018-06-14 日揮触媒化成株式会社 Silica-based particles for polishing and abrasive
US11312634B2 (en) 2017-03-31 2022-04-26 Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. Production method for dispersion liquid of silica particle
KR20190134609A (en) * 2017-03-31 2019-12-04 닛키 쇼쿠바이카세이 가부시키가이샤 Method for producing silica particle dispersion
JPWO2018181713A1 (en) * 2017-03-31 2020-05-14 日揮触媒化成株式会社 Method for producing silica particle dispersion
TWI748077B (en) * 2017-03-31 2021-12-01 日商日揮觸媒化成股份有限公司 Manufacturing method of silica particle dispersion
JP7021194B2 (en) 2017-03-31 2022-02-16 日揮触媒化成株式会社 Method for manufacturing silica particle dispersion
WO2018181713A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 日揮触媒化成株式会社 Production method for silica particle liquid dispersion
KR102513062B1 (en) * 2017-03-31 2023-03-22 닛키 쇼쿠바이카세이 가부시키가이샤 Method for preparing silica particle dispersion
JP2019008846A (en) * 2017-06-22 2019-01-17 山口精研工業株式会社 Polishing agent composition for magnetic disk substrate
JP2020007382A (en) * 2018-07-02 2020-01-16 キヤノン株式会社 Coating composition and method for producing the same, and optical member, and imaging device
JP7129247B2 (en) 2018-07-02 2022-09-01 キヤノン株式会社 Coating composition, manufacturing method thereof, optical member, and imaging device
JP2021116208A (en) * 2020-01-28 2021-08-10 三菱ケミカル株式会社 Method for producing silica particle, method for producing silica sol, method for removing intermediate product and polishing method
CN115466573A (en) * 2022-09-05 2022-12-13 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 Polishing solution for monocrystalline silicon wafer and application thereof
CN115466573B (en) * 2022-09-05 2024-02-20 广州飞雪芯材有限公司 Polishing solution for monocrystalline silicon wafer and application thereof

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