JP4180282B2 - シリコンウエーハ研磨用研磨剤及び研磨方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属不純物汚染の防止を可能としたシリコンウェーハ、特に半導体シリコンウェーハ（以下、単にウェーハ、シリコンウェーハ又は半導体ウェーハということがある）の研磨用研磨剤及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、半導体ウェーハの製造方法は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得られたウェーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、この面取りされたウェーハを平面化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、このエッチングされたウェーハ表面を鏡面化する研磨工程と、研磨されたウェーハを洗浄してこれに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程とから構成されている。
【０００３】
前記研磨工程には、一般に、微細なＳｉＯ2砥粒をｐＨ＝９〜１２程度のアルカリ水溶液中にコロイド状に分散させたシリカ含有研磨剤が用いられ、ＳｉＯ2による機械的作用と、アルカリ溶液によりシリコンをエッチングする化学的作用の複合作用により研磨される。また、このシリカ含有研磨剤には研磨速度の向上を目的に少量のエタノールアミン等のアミンを加えて使用されることが多い。
【０００４】
しかし、このアルカリ性のシリカ含有研磨剤には金属不純物が含まれており、研磨剤中に含まれる金属不純物としては鉄、銅、ニッケル、クロムなどが挙げられる。
【０００５】
本発明者らが、これらの金属不純物を含んだシリカ含有研磨剤を用いる半導体シリコンウェーハの研磨加工について検討を続けたところ、シリカ含有研磨剤中に存在する銅、ニッケル等の一部の金属イオンは研磨中にウェーハ内部に深く拡散し、ウェーハ品質を劣化させ、該ウェーハによって形成された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た。
【０００６】
上記したようなシリカ含有研磨剤に起因するウェーハ品質の劣化を防ぐための対策として高純度化したシリカ含有研磨剤を用いることが考えられる。しかし、市販の高純度研磨剤は、極めて高価であり、これをシリコンウェーハの研磨加工に用いることはコスト的に全く見合わない。
【０００７】
この問題を解決するために、本発明者らが、研磨時の金属汚染の発生原因の検討を行った結果、研磨速度の向上を目的に添加されているアミン（例えば、アミノアルコールやアミノ基含有のアルカン、アルケン、アリールアミン、アラルキルアミン等の脂肪族又は芳香族炭化水素系アミン化合物）が金属汚染を促進していることが明らかとなった。
【０００８】
このことから研磨加工時の金属汚染の防止策として、研磨剤へのアミンの添加をやめることが考えられる。しかし、アミンの添加を止めると研磨速度が著しく低下し、生産性の低下を招くことになる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、研磨時のウェーハに対する金属不純物汚染を効率よく防止すると共に、研磨速度には影響を与えないことを可能にする半導体シリコンウェーハ研磨用研磨剤並びにこの研磨剤を用いて半導体ウェーハ品質を劣化させることなく研磨を行うことを可能とした半導体シリコンウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記した従来技術の問題点に鑑み、アミンを添加しても研磨加工時の金属汚染を防止することができるシリコンウェーハ研磨用研磨剤について鋭意検討を続けた結果、シリカ含有研磨剤中にチオケトン基もしくはチオール基及びアミノ基を持つ化合物を添加することにより、研磨時の金属汚染を防止することが可能となることを見出し、本発明に到達したものである。
【００１１】
従って、本発明は、シリカを研磨砥粒とし、チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する非シラン系有機化合物、並びにアミノアルコール及び脂肪族又は芳香族炭化水素系アミン化合物から選ばれるアミンを含有することを特徴とするシリコンウェーハ研磨用研磨剤、及び、シリコンウェーハを研磨するに際し、上記シリコンウェーハ研磨用研磨剤を用いて研磨することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法を提供する。
【００１２】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に係るシリコンウェーハ研磨用研磨剤は、研磨砥粒としてシリカを使用し、これにチオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する非シラン系有機（炭化水素系）化合物を添加したものである。
【００１３】
ここで、研磨砥粒としてのシリカとしては、微細シリカ、特に平均粒径が５〜１００，０００ｎｍ、特に１０〜１，０００ｎｍのシリカを使用することが好ましく、これにはコロイダルシリカやヒュームドシリカ、沈降シリカ等として市販されているものを用いることができる。
【００１４】
また、上記チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する有機化合物としては、これらの基を有し、分子中に他のイオウ原子、窒素原子を含んでもよい炭化水素系化合物であればいずれのものでもよいが、非シラン系化合物であることが好ましく、具体的には、チオカルボヒドラジド、チオカルボアニリド、ｏ−アミノチオフェノール、１，２，４−トリアゾール−３−チオール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール、２−アミノ−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、４−アミノ−３−ヒドラジノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール等を挙げることができ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１５】
上記チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する有機化合物の使用量は、シリカ１００重量部に対し０．００１〜１００重量部、望ましくは０．０１〜５０重量部、特に０．１〜１０重量部とすることが好ましい。使用量が少なすぎると、汚染量によっては金属汚染防止に十分な効果が得られない場合があり、多すぎると、研磨速度を低下させる場合がある。
【００１６】
本発明のシリコンウェーハ、特に半導体シリコンウェーハの研磨方法は、上記したシリコンウェーハ研磨用研磨剤を用いることにより、研磨時におけるシリコンウェーハに対する金属不純物汚染を防止することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明においては、シリカ含有研磨剤中にチオケトン基もしくはチオール基及びアミノ基を持つ化合物を添加することにより、シリカ含有研磨剤中に存在している金属イオンをチオケトン基もしくはチオール基及びアミノ基を持つ化合物を用いて捕捉し、ウェーハへの吸着を防止することを可能としたものである。
【００１８】
なお、上記研磨剤を使用して、シリコンウェーハを研磨する方法としては常法が採用し得る。この場合、研磨剤は、上記シリカ研磨砥粒を水、メタノール等のアルコールなどやこれらの混合溶媒中に０．１〜２０重量％、特に０．５〜５重量％濃度に分散、希釈し、かつｐＨ８〜１２．５、特にｐＨ１０〜１２に調整した状態で使用することが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２０】
なお、下記の例において部は重量部を示す。ｒｐｍは１分間当たりの回転数を示す。また、研磨装置としては図１に示す装置を用いた。ここで、図１の研磨装置１は、回転定盤２と、ウェーハホルダー３と、研磨剤供給装置４とを具備する。回転定盤２と、回転定盤本体５を有し、その上面には研磨パッド６が貼付されており、上記本体５及びこれと一体に研磨パッド６が回転軸７により所定の回転速度で回転されるものである。ウェーハホルダー３は、真空吸着等によりその下面にウェーハＷを保持し、回転シャフト８により回転されると同時に、所定の荷重で研磨パッド６にウェーハＷを押しつける。また、研磨剤供給装置４は、所定の流量で研磨剤９を研磨パッド６上に供給し、この研磨剤９がウェーハＷと研磨パッド６との間に供給され、ウェーハＷが研磨されるものである。
【００２１】
［実施例、比較例］
試料ウェーハ：チョクラルスキー（ＣＺ）法で製造した、ｐ型、結晶方位＜１００＞、１５０ｍｍφ、シリコンウェーハ
研磨パッド：不織布（ベアロタイプ）、硬度７０（アスカーＣ硬度）
研磨剤：２０重量％のＳｉＯ2を含むコロイダルシリカ原液ＡＪ−１３２５［日産化学工業（株）製商品名］をアルカリ水溶液中に分散させ（研磨剤の総量に対し上記コロイダルシリカ原液が１２．５重量％（ＳｉＯ2が２．５重量％）になるように調整）、該コロイダルシリカ原液９５部に対しアミノアルコール（エタノールアミン）５部を添加し、実施例ではチオカルボヒドラジドを０．０１ｍｏｌ／ｌ添加し、更にＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒイオンをそれぞれ１００ｐｐｂ添加して故意汚染したコロイダルシリカ研磨剤を用いた。比較例ではチオカルボヒドラジドを添加しないものを用いた。
研磨荷重：４００ｇ／ｃｍ2
研磨時間：１０分
回転定盤（研磨パッド）回転数：１６０ｒｐｍ
ウェーハホルダー回転数：１６０ｒｐｍ
【００２２】
上記研磨条件において、図１に示した研磨装置を用いて試料ウェーハ（各１０枚）を研磨し、研磨したウェーハのＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ汚染量を調査した。
【００２３】
研磨した試料ウェーハの評価は次のように行った。研磨した試料ウェーハを６５０℃で熱処理した後、研磨された面の熱酸化膜をフッ酸蒸気で気相分解し、これを塩酸を含む液滴で回収し、原子吸光分析法により分析した。この分析法によれば、ウェーハ内部に拡散したＣｕをも評価することができる。
【００２４】
その結果を表１に示す。表１から明らかなように、少量のチオカルボヒドラジドを添加するだけでウェーハへの金属汚染を大幅に改善することが判った。
【００２５】
【表１】
＊研磨速度比は、比較例（従来技術であるアミノアルコール単独配合系）を基準
とした比率を示す。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨時の金属イオンによるウェーハの汚染を極めて効率よく防止し、ウェーハ品質の劣化をなくすという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いた研磨装置の概略側面図である。
【符号の説明】
１ 研磨装置
２ 回転定盤
３ ウェーハホルダー
４ 研磨剤供給装置
５ 回転定盤本体
６ 研磨パッド
７ 回転軸
８ 回転シャフト
９ 研磨剤
Ｗ ウェーハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属不純物汚染の防止を可能としたシリコンウェーハ、特に半導体シリコンウェーハ（以下、単にウェーハ、シリコンウェーハ又は半導体ウェーハということがある）の研磨用研磨剤及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、半導体ウェーハの製造方法は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得られたウェーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、この面取りされたウェーハを平面化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、このエッチングされたウェーハ表面を鏡面化する研磨工程と、研磨されたウェーハを洗浄してこれに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程とから構成されている。
【０００３】
前記研磨工程には、一般に、微細なＳｉＯ2砥粒をｐＨ＝９〜１２程度のアルカリ水溶液中にコロイド状に分散させたシリカ含有研磨剤が用いられ、ＳｉＯ2による機械的作用と、アルカリ溶液によりシリコンをエッチングする化学的作用の複合作用により研磨される。また、このシリカ含有研磨剤には研磨速度の向上を目的に少量のエタノールアミン等のアミンを加えて使用されることが多い。
【０００４】
しかし、このアルカリ性のシリカ含有研磨剤には金属不純物が含まれており、研磨剤中に含まれる金属不純物としては鉄、銅、ニッケル、クロムなどが挙げられる。
【０００５】
本発明者らが、これらの金属不純物を含んだシリカ含有研磨剤を用いる半導体シリコンウェーハの研磨加工について検討を続けたところ、シリカ含有研磨剤中に存在する銅、ニッケル等の一部の金属イオンは研磨中にウェーハ内部に深く拡散し、ウェーハ品質を劣化させ、該ウェーハによって形成された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た。
【０００６】
上記したようなシリカ含有研磨剤に起因するウェーハ品質の劣化を防ぐための対策として高純度化したシリカ含有研磨剤を用いることが考えられる。しかし、市販の高純度研磨剤は、極めて高価であり、これをシリコンウェーハの研磨加工に用いることはコスト的に全く見合わない。
【０００７】
この問題を解決するために、本発明者らが、研磨時の金属汚染の発生原因の検討を行った結果、研磨速度の向上を目的に添加されているアミン（例えば、アミノアルコールやアミノ基含有のアルカン、アルケン、アリールアミン、アラルキルアミン等の脂肪族又は芳香族炭化水素系アミン化合物）が金属汚染を促進していることが明らかとなった。
【０００８】
このことから研磨加工時の金属汚染の防止策として、研磨剤へのアミンの添加をやめることが考えられる。しかし、アミンの添加を止めると研磨速度が著しく低下し、生産性の低下を招くことになる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、研磨時のウェーハに対する金属不純物汚染を効率よく防止すると共に、研磨速度には影響を与えないことを可能にする半導体シリコンウェーハ研磨用研磨剤並びにこの研磨剤を用いて半導体ウェーハ品質を劣化させることなく研磨を行うことを可能とした半導体シリコンウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記した従来技術の問題点に鑑み、アミンを添加しても研磨加工時の金属汚染を防止することができるシリコンウェーハ研磨用研磨剤について鋭意検討を続けた結果、シリカ含有研磨剤中にチオケトン基もしくはチオール基及びアミノ基を持つ化合物を添加することにより、研磨時の金属汚染を防止することが可能となることを見出し、本発明に到達したものである。
【００１１】
従って、本発明は、シリカを研磨砥粒とし、チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する非シラン系有機化合物、並びにアミノアルコール及び脂肪族又は芳香族炭化水素系アミン化合物から選ばれるアミンを含有することを特徴とするシリコンウェーハ研磨用研磨剤、及び、シリコンウェーハを研磨するに際し、上記シリコンウェーハ研磨用研磨剤を用いて研磨することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法を提供する。
【００１２】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に係るシリコンウェーハ研磨用研磨剤は、研磨砥粒としてシリカを使用し、これにチオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する非シラン系有機（炭化水素系）化合物を添加したものである。
【００１３】
ここで、研磨砥粒としてのシリカとしては、微細シリカ、特に平均粒径が５〜１００，０００ｎｍ、特に１０〜１，０００ｎｍのシリカを使用することが好ましく、これにはコロイダルシリカやヒュームドシリカ、沈降シリカ等として市販されているものを用いることができる。
【００１４】
また、上記チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する有機化合物としては、これらの基を有し、分子中に他のイオウ原子、窒素原子を含んでもよい炭化水素系化合物であればいずれのものでもよいが、非シラン系化合物であることが好ましく、具体的には、チオカルボヒドラジド、チオカルボアニリド、ｏ−アミノチオフェノール、１，２，４−トリアゾール−３−チオール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール、２−アミノ−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、４−アミノ−３−ヒドラジノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール等を挙げることができ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１５】
上記チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する有機化合物の使用量は、シリカ１００重量部に対し０．００１〜１００重量部、望ましくは０．０１〜５０重量部、特に０．１〜１０重量部とすることが好ましい。使用量が少なすぎると、汚染量によっては金属汚染防止に十分な効果が得られない場合があり、多すぎると、研磨速度を低下させる場合がある。
【００１６】
本発明のシリコンウェーハ、特に半導体シリコンウェーハの研磨方法は、上記したシリコンウェーハ研磨用研磨剤を用いることにより、研磨時におけるシリコンウェーハに対する金属不純物汚染を防止することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明においては、シリカ含有研磨剤中にチオケトン基もしくはチオール基及びアミノ基を持つ化合物を添加することにより、シリカ含有研磨剤中に存在している金属イオンをチオケトン基もしくはチオール基及びアミノ基を持つ化合物を用いて捕捉し、ウェーハへの吸着を防止することを可能としたものである。
【００１８】
なお、上記研磨剤を使用して、シリコンウェーハを研磨する方法としては常法が採用し得る。この場合、研磨剤は、上記シリカ研磨砥粒を水、メタノール等のアルコールなどやこれらの混合溶媒中に０．１〜２０重量％、特に０．５〜５重量％濃度に分散、希釈し、かつｐＨ８〜１２．５、特にｐＨ１０〜１２に調整した状態で使用することが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２０】
なお、下記の例において部は重量部を示す。ｒｐｍは１分間当たりの回転数を示す。また、研磨装置としては図１に示す装置を用いた。ここで、図１の研磨装置１は、回転定盤２と、ウェーハホルダー３と、研磨剤供給装置４とを具備する。回転定盤２と、回転定盤本体５を有し、その上面には研磨パッド６が貼付されており、上記本体５及びこれと一体に研磨パッド６が回転軸７により所定の回転速度で回転されるものである。ウェーハホルダー３は、真空吸着等によりその下面にウェーハＷを保持し、回転シャフト８により回転されると同時に、所定の荷重で研磨パッド６にウェーハＷを押しつける。また、研磨剤供給装置４は、所定の流量で研磨剤９を研磨パッド６上に供給し、この研磨剤９がウェーハＷと研磨パッド６との間に供給され、ウェーハＷが研磨されるものである。
【００２１】
［実施例、比較例］
試料ウェーハ：チョクラルスキー（ＣＺ）法で製造した、ｐ型、結晶方位＜１００＞、１５０ｍｍφ、シリコンウェーハ
研磨パッド：不織布（ベアロタイプ）、硬度７０（アスカーＣ硬度）
研磨剤：２０重量％のＳｉＯ2を含むコロイダルシリカ原液ＡＪ−１３２５［日産化学工業（株）製商品名］をアルカリ水溶液中に分散させ（研磨剤の総量に対し上記コロイダルシリカ原液が１２．５重量％（ＳｉＯ2が２．５重量％）になるように調整）、該コロイダルシリカ原液９５部に対しアミノアルコール（エタノールアミン）５部を添加し、実施例ではチオカルボヒドラジドを０．０１ｍｏｌ／ｌ添加し、更にＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒイオンをそれぞれ１００ｐｐｂ添加して故意汚染したコロイダルシリカ研磨剤を用いた。比較例ではチオカルボヒドラジドを添加しないものを用いた。
研磨荷重：４００ｇ／ｃｍ2
研磨時間：１０分
回転定盤（研磨パッド）回転数：１６０ｒｐｍ
ウェーハホルダー回転数：１６０ｒｐｍ
【００２２】
上記研磨条件において、図１に示した研磨装置を用いて試料ウェーハ（各１０枚）を研磨し、研磨したウェーハのＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ汚染量を調査した。
【００２３】
研磨した試料ウェーハの評価は次のように行った。研磨した試料ウェーハを６５０℃で熱処理した後、研磨された面の熱酸化膜をフッ酸蒸気で気相分解し、これを塩酸を含む液滴で回収し、原子吸光分析法により分析した。この分析法によれば、ウェーハ内部に拡散したＣｕをも評価することができる。
【００２４】
その結果を表１に示す。表１から明らかなように、少量のチオカルボヒドラジドを添加するだけでウェーハへの金属汚染を大幅に改善することが判った。
【００２５】
【表１】
とした比率を示す。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨時の金属イオンによるウェーハの汚染を極めて効率よく防止し、ウェーハ品質の劣化をなくすという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いた研磨装置の概略側面図である。
【符号の説明】
１ 研磨装置
２ 回転定盤
３ ウェーハホルダー
４ 研磨剤供給装置
５ 回転定盤本体
６ 研磨パッド
７ 回転軸
８ 回転シャフト
９ 研磨剤
Ｗ ウェーハ
Claims (4)
- シリカを研磨砥粒とし、チオケトン基もしくはチオール基とアミノ基とを有する非シラン系有機化合物、並びにアミノアルコール及び脂肪族又は芳香族炭化水素系アミン化合物から選ばれるアミンを含有することを特徴とするシリコンウェーハ研磨用研磨剤。
- 上記非シラン系有機化合物が、チオカルボヒドラジド、チオカルボアニリド、ｏ−アミノチオフェノール、１，２，４−トリアゾール−３−チオール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール、２−アミノ−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、４−アミノ−３−ヒドラジノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾールから選ばれる１種又は２種以上である請求項１記載のシリコンウェーハ研磨用研磨剤。
- 上記非シラン系有機化合物がチオカルボヒドラジドである請求項２記載のシリコンウェーハ研磨用研磨剤。
- シリコンウェーハを研磨するに際し、請求項１〜３のいずれか１項記載のシリコンウェーハ研磨用研磨剤を用いて研磨することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
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2002
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