JPS6230333A - Method and composition for grinding silicon wafer - Google Patents
Method and composition for grinding silicon waferInfo
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- JPS6230333A JPS6230333A JP61113850A JP11385086A JPS6230333A JP S6230333 A JPS6230333 A JP S6230333A JP 61113850 A JP61113850 A JP 61113850A JP 11385086 A JP11385086 A JP 11385086A JP S6230333 A JPS6230333 A JP S6230333A
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- Japan
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- polishing
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- sol
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Weting (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、シリコンウェーハ及び同様の材料を研磨する
方法、及びその方法で使用するのに有用な組成物に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates to a method of polishing silicon wafers and similar materials, and compositions useful for use in the method.
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕米国
特許第3170273号は、コロイドシリカ及びシリカ
ゲルが、半導体デバイスの製造に最も頻繁に使用される
半導体結晶表面の研磨剤として有用であることを示す。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] U.S. Pat. No. 3,170,273 discloses that colloidal silica and silica gel are useful as polishing agents for semiconductor crystal surfaces, which are most frequently used in the manufacture of semiconductor devices. show.
この特許の開示は、参照によりここに組み入れられる。The disclosure of this patent is incorporated herein by reference.
この特許のシリコン系研磨剤は、シリコン結晶ウェーハ
の表面を十分研磨するのに特に適し、それゆえに、これ
らの表面をエピタキシャル成長した結晶層を配置するの
に適したものにする。The silicon-based abrasives of this patent are particularly suitable for sufficiently polishing the surfaces of silicon crystal wafers, thus making these surfaces suitable for placing epitaxially grown crystal layers.
その特許権者により使用されたゾルのコロイドシリカ及
びシリカゲルの一次粒子の粒度(ultimatepa
rticlz 5ize)は4〜200nmである。商
業的見地からすれば、その特許の方法における研磨剤と
して、粒度が4〜1100nの範囲内の水性コロイドシ
リカゾルを使用するのが好ましい。The particle size of the primary particles of colloidal silica and silica gel in the sols used by the patentee
rticlz 5ize) is 4 to 200 nm. From a commercial point of view, it is preferred to use an aqueous colloidal silica sol with a particle size in the range of 4 to 1100 nm as the abrasive in the method of that patent.
米国特許第4169337号は、研磨効力が米国特許第
3170273号のものを凌ぐ実質的な改良を開示する
。その開示は、参照によりここに組み入れられる。その
発明によれば、−次粒子粒度が4〜200nm 。US Pat. No. 4,169,337 discloses a substantial improvement in polishing efficacy over that of US Pat. No. 3,170,273. The disclosure of which is incorporated herein by reference. According to the invention, the secondary particle size is 4 to 200 nm.
好ましくは4〜1100nの範囲内のコロイド形態のシ
リカあるいはシリカゲルのいずれかを水溶性アミンと組
合せたものを研磨剤として使用して、従来からのタイプ
、特にシリコンの半導体表面を効果的に研磨できること
が分った。シリカゾル又はゲル中に存在するシリカに関
するアミンの量は、ゾル又はゲルの5iOz含有量に基
づいて0.5〜5.0%の範囲でよい。アミンの好まし
い量は1.0〜5.0%、最も好ましくは2.0〜4.
0%である。The use of either colloidal silica or silica gel, preferably in the range of 4 to 1100 N, in combination with a water-soluble amine as an abrasive agent to effectively polish semiconductor surfaces of conventional types, especially silicon. I understand. The amount of amine relative to silica present in the silica sol or gel may range from 0.5 to 5.0% based on the 5iOz content of the sol or gel. The preferred amount of amine is 1.0-5.0%, most preferably 2.0-4.0%.
It is 0%.
そのアミンは、2〜8個の炭素原子を含有すべきであり
、好ましくは脂肪族の特性を有する。The amine should contain 2 to 8 carbon atoms and preferably has aliphatic character.
米国特許第4462188号には、シリコンウェーハを
研磨するために更に改良された水性シリカ組成物が開示
されている。この特許は、特に、米国特許第41693
37号を実施するために使用する研磨剤は、0.1〜5
.0重量%、最も好ましくは2.0〜4.0重量%の水
溶性第四アンモニウム塩又は塩基をそのような組成物に
添加する場合に、実質的に改良できることを開示した。U.S. Pat. No. 4,462,188 discloses a further improved aqueous silica composition for polishing silicon wafers. This patent specifically applies to U.S. Pat. No. 41,693.
The polishing agent used for carrying out No. 37 is 0.1 to 5
.. It has been disclosed that substantial improvements can be made when adding 0% by weight, most preferably 2.0 to 4.0% by weight, of water soluble quaternary ammonium salts or bases to such compositions.
好ましい態様では、水溶性第四アンモニウム塩又はその
水酸化物は、7個以上の炭素原子を含有すべきではない
。好ましい態様においては、1個以上のアルキル基を含
有するが、その鎖の長さは炭素原子2個を超えるべきで
ない。もちろんその化合物は、水溶性を維持するだけの
長さの1個以上の芳香族基を含有できる。それらは、モ
ルホリンその地間種類のものの第四アンモニウム塩のよ
うな複素環式の基の一部として窒素原子を含有できる。In preferred embodiments, the water-soluble quaternary ammonium salt or hydroxide thereof should contain no more than 7 carbon atoms. In a preferred embodiment, it contains one or more alkyl groups, but the chain length should not exceed 2 carbon atoms. Of course, the compound can contain one or more aromatic groups of sufficient length to maintain water solubility. They can contain a nitrogen atom as part of a heterocyclic group, such as the quaternary ammonium salts of morpholine's terrestrial class.
米国特許第4462188号の発明で使用することがで
きる典型的水溶性第四アンモニウム塩及び塩基は、塩化
テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモ
ニウム、塩化ジメチルジエチルアンモニウム、硫酸N、
N−ジメチルモルホリニウム、及び臭化テトラブチルア
ンモニウムである。Typical water-soluble quaternary ammonium salts and bases that can be used in the invention of U.S. Pat.
N-dimethylmorpholinium and tetrabutylammonium bromide.
これらの物質に関しては、塩化テトラメチルアンモニウ
ムが好ましい。Regarding these materials, tetramethylammonium chloride is preferred.
〔問題点を解決するための手段及び作用効果〕本発明は
、シリコンウェーハ及び同様の材料を研磨するための改
良された方法を含み、その方法は、ゾルのSiO□含有
量に基づいて0.1〜5重量%のピペラジン、又は窒素
に低級アルキル置換基がついたピペラジンと組合わされ
たコロイドシリカゾル又はゲルを、研磨剤として使用す
ることを含む。ピペラジンは、6個以下の炭・素原子を
含有する更に別の、0.1〜5重量%の水溶性第四アン
モニウム塩又は塩素と組合せることができる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes an improved method for polishing silicon wafers and similar materials, which method is based on the SiO□ content of the sol. Includes the use of a colloidal silica sol or gel in combination with 1-5% by weight of piperazine, or piperazine with a lower alkyl substituent on the nitrogen, as an abrasive. Piperazine can be combined with 0.1-5% by weight of further water-soluble quaternary ammonium salts containing up to 6 carbon atoms or chlorine.
1Sのシ1カゾル
本発明を実施するには、ここに示すように広範囲の水性
コロイドシリカ又はゲルを使用できる。1S Silica Sol A wide variety of aqueous colloidal silicas or gels can be used in the practice of the present invention, as shown herein.
コロイドシリカが好ましい。二つのそのような原料が、
NALCOAG 1050及びNALCO八G 1へ6
0という名称の下に市販されている。これらのシリカゾ
ル及びそれらの特性を下記に記載する。Colloidal silica is preferred. Two such raw materials are
NALCOAG 1050 and NALCO 8G 1 to 6
It is marketed under the name 0. These silica sols and their properties are described below.
NALCOAG 1050
コロイドシリカ(SiOzとして) 50%pH9,
0
平均粒度 16〜25nm平均表
面積 120〜176m”/g比重(
20℃(68°F)) 1.39ONa、O
含有量 0.4%NALCOAG
1060
コロイドシリカ(Si02として) 50%pH8,
5
平均粒度 50〜70nII+平
均表面積 40〜b比重(20℃(
68’ F )) 1.390粘度(25℃
(77°F)) 0.015Pa −5(15
cP)(最大)
上に記載したそれらのゾルの外に、他のシリカゾルはも
ちろんそれらの製造方法も米国特許第3901992号
に開示及び記載されており、それは参照によりここに組
み入れられる。最後に、出願人らは、ピペラジン化合物
を含有する水性媒体中にヒユームドシリカ(fumed
5ilica)を分散させてシリカゾル及び/又はゲ
ルを得るときに、向上した結果を得ることができること
を発見した。NALCOAG 1050 Colloidal Silica (as SiOz) 50% pH 9,
0 Average particle size 16-25 nm Average surface area 120-176 m"/g specific gravity (
20°C (68°F)) 1.39ONa,O
Content 0.4%NALCOAG
1060 Colloidal Silica (as Si02) 50% pH 8,
5 Average particle size 50-70nII + average surface area 40-b specific gravity (20℃ (
68'F)) 1.390 Viscosity (25℃
(77°F)) 0.015Pa -5(15
cP) (max) Besides those sols described above, other silica sols as well as methods for their preparation are disclosed and described in US Pat. No. 3,901,992, which is incorporated herein by reference. Finally, Applicants have proposed using fumed silica in an aqueous medium containing a piperazine compound.
It has been discovered that improved results can be obtained when dispersing silica silica) to obtain silica sols and/or gels.
ビベージン は−ぶ」■lR土土り1五が2公だピペラ
ジン
これらのアミンは、ピペラジンそのものはもちろん、ピ
ペラジン分子の窒素部分に低級アルキル置換基を含有す
るピペラジンも含む。窒素に低級アルキル置換基がつい
たピペラジンは、1〜4個の炭素原子を含有する低級ア
ルキル基を有するピペラジンとして説明することができ
る。そのアルキル基は、水素と炭素とから構成されると
は言うものの、それらはOH基、アミノ基、その地間種
のもののような他の置換基を含有できる。These amines include not only piperazine itself, but also piperazine containing a lower alkyl substituent on the nitrogen portion of the piperazine molecule. Piperazine with a lower alkyl substituent on the nitrogen can be described as a piperazine having a lower alkyl group containing 1 to 4 carbon atoms. Although the alkyl groups are composed of hydrogen and carbon, they can contain other substituents, such as OH groups, amino groups, and the like.
本発明を実施するのに使用することができる、窒素に低
級アルキル置換基がついたピペラジンは、下記の化合物
である。Piperazines with lower alkyl substituents on the nitrogen that can be used in the practice of this invention are the compounds described below.
N−アミノエチルピペラジン
1.4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン上記の
化合物に関しては、ピペラジンが好ましい。N-Aminoethylpiperazine 1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine Regarding the above compounds, piperazine is preferred.
使用するピペラジン、又は窒素に低級アルキル置換基が
ついたピペラジンの量は、水性シリカが含有するSiO
□の重量に基づいて0.1〜5重量%の間である。好ま
しい量は、1.0〜5%、最も好ましくは2〜4%であ
る。先に引用した米国特許第4169337号及び第4
462188号に示されたように、研磨の操作は、通常
10より大きいアルカリ性pH領域で行なう。従って、
研磨溶液は約11以上のpHに調整することが必要であ
る。これは、最終の研磨操作で達成すると考えられる特
別の効果に応じてナトリウム塩基又はカリウム塩基のい
ずれかで行なうことができる。The amount of piperazine used, or piperazine with a lower alkyl substituent on the nitrogen, is determined by the amount of SiO contained in the aqueous silica.
Between 0.1 and 5% by weight based on the weight of □. Preferred amounts are 1.0-5%, most preferably 2-4%. U.S. Pat. Nos. 4,169,337 and 4, cited above.
As shown in No. 462,188, the polishing operation is usually carried out in an alkaline pH range of greater than 10. Therefore,
It is necessary to adjust the polishing solution to a pH of about 11 or higher. This can be done with either sodium or potassium bases depending on the particular effect desired to be achieved in the final polishing operation.
光里久■庶
ウェーハの研磨に適用するためにシリカゾルと組合せた
ピペラジンは、ヒユームドシリカと組合せたピペラジン
が提供するように、多数の利点を提供する。それらの利
点は、次のように要約できる。Piperazine combined with silica sol for application in wafer polishing offers a number of advantages, as does piperazine combined with fumed silica. Their advantages can be summarized as follows.
1.2%のレベルのピペラジンは、同じ研磨速度を与え
るのにアミノエチルエタノールアミンより少量のコロイ
ドシリカを必要とする。A level of 1.2% piperazine requires less colloidal silica than aminoethylethanolamine to provide the same polishing rate.
2、 コロイドシリカの存在下におけるピペラジンは、
時間がたっても製品の変色を示さない。2. Piperazine in the presence of colloidal silica is
The product does not show discoloration over time.
3、 コロイドシリカの存在下における2%のレベルの
ピペラジンは、微生物を殺し、又はその生長を抑制する
別の化学薬品を必要としない。3. The 2% level of piperazine in the presence of colloidal silica does not require another chemical to kill or inhibit the growth of microorganisms.
4、 シリコンウェーハの研磨には高いpHが必要であ
る。強塩基性のピペラジンの系統は、p++を調整する
のに必要とする苛性アルカリが少量である。4. Polishing silicon wafers requires high pH. The strongly basic piperazine family requires less caustic to adjust p++.
5、 ピペラジンの存在下におけるヒユームドシリカの
水性分散液は、シリカレベルが同じ(2,4%)である
ピペラジン含有コロイドシリカに関して、又はシリカレ
ベルがより高い(3,2%)アミノエチルエタノールア
ミン含有コロイドシリカに対して、+10.6%〜+1
8.2%の研磨速度の改良を示す。例えば、0.22%
の水酸化カリウムと2.0%のピペラジンのフレークと
を含有する67、78gの水に、30gのCabosi
lM−5(商品名)を分散させた。5. Aqueous dispersions of fumed silica in the presence of piperazine can be compared with colloidal silica containing piperazine with the same silica level (2,4%) or with colloidal aminoethylethanolamine with higher silica level (3,2%). +10.6% to +1 to silica
Showing an improvement in polishing rate of 8.2%. For example, 0.22%
of potassium hydroxide and 2.0% piperazine flakes, 30 g of Cabosi
IM-5 (trade name) was dispersed.
ヒユームドシリカの分散配合物は、1部の製品を14部
の水を加えて希釈したときに、上記の研磨結果を生じた
。A dispersion formulation of fumed silica produced the polishing results described above when 1 part product was diluted with 14 parts water.
本発明の詳細な説明するため、米国特許第416933
7号に記載及び示されたように研磨試験を行なった。こ
れらの試験の結果を下記に示す。For a detailed description of the invention, U.S. Pat.
Polishing tests were conducted as described and indicated in No. 7. The results of these tests are shown below.
以下に記載する試験においては、本発明の組成物を米国
特許第4169337号に記載されたタイプの、アミン
を含有する市販のシリカゾル製品と対照して比較した。In the tests described below, the compositions of the present invention were compared against commercially available amine-containing silica sol products of the type described in US Pat. No. 4,169,337.
この製品は、水性のコロイドシリカゾルである。それは
、平均粒度が50〜1100nであり、ナトリウム安定
化され、50重量%のコロイドシリカ粒子と2重量%の
アミノエチルエタノールアミンとを含有する。同様の結
果が、水酸化ナトリウム以外の塩基を加えたピペラジン
で得られる。この市販物質は以下組成物1と呼ぶ。This product is an aqueous colloidal silica sol. It has an average particle size of 50-1100n, is sodium stabilized and contains 50% by weight colloidal silica particles and 2% by weight aminoethylethanolamine. Similar results are obtained with piperazine with added bases other than sodium hydroxide. This commercially available material is hereinafter referred to as Composition 1.
シリコンウェーハ研磨に使用した製品を下記に要約して
示す。The products used for silicon wafer polishing are summarized below.
第 6 表
組成物1の研磨速度= 35.6 p m/10m1n
(1,40min/]0m1n)
第 7 表
組成物1の研磨速度=35.6μm/m1n(1,40
mil/min)
上記に一覧した組成物の全てにおいては特に断らない限
り、出発原料のシリカは、組成物1で使用したコロイド
シリカを40重量%に希釈したシリカであった。更に、
一覧した試験の全てにおいて、ピペラジンを使用した。Table 6 Polishing rate of composition 1 = 35.6 p m/10 m1n
(1,40 min/]0 m1n) Table 7 Polishing speed of composition 1 = 35.6 μm/m1n (1,40 m1n)
In all of the compositions listed above, unless otherwise specified, the starting silica was the colloidal silica used in Composition 1 diluted to 40% by weight. Furthermore,
Piperazine was used in all of the listed studies.
第7表は、窒素に置換基がついたピペラジンで研磨する
ことの効果を示す。これらの物質のいくつかは、ピペラ
ジンよりも効果的でないか、あるいは既存の研磨バンド
の材料ではバンドに損傷を生ずるかのいずれかである。Table 7 shows the effect of polishing with nitrogen-substituted piperazine. Some of these materials are either less effective than piperazine or cause damage to existing abrasive band materials.
Claims (1)
%のピペラジン、又は窒素に低級アルキル置換基がつい
たピペラジンと組合わされた、水性コロイドシリカゾル
又はゲルを含んでなる研磨剤で研磨することを含む、シ
リコンウェーハ及び同様の材料の研磨方法。 2、ゾルのSiO_2含有量に基づいて0.1〜5重量
%のピペラジンと組合わされた、水性コロイドシリカゾ
ル又はゲルを含んでなる研磨剤で研磨することを含む、
特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、ゾルのSiO_2含有量に基づいて0.1〜5重量
%の、窒素に低級アルキル置換置がついたピペラジンと
組合わされた、水性コロイドシリカゾル又はゲルを含ん
でなる研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
1項記載の方法。 4、0.1〜5重量%の、6個以下の炭素原子を含有す
る水溶性第四アンモニウム塩又は塩基と更に組合わされ
た前記研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
1項記載の方法。 5、0.1〜5重量%の、6個以下の炭素原子を含有す
る水溶性第四アンモニウム塩又は塩基と更に組合わされ
た前記研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
2項記載の方法。 6、0.1〜5重量%の、6個以下の炭素原子を含有す
る水溶性第四アンモニウム塩又は塩基と更に組合わされ
た前記研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
3項記載の方法。 7、シリコンウェーハ及び同様の材料を研磨するのに有
用な組成物であって、水性コロイドシリカゾル又はゲル
、及び前記ゾル又はゲルのSiO_2含有量に基づいて
0.1〜5重量%のピペラジンを含んでなる組成物。 8、一次粒子の粒度(primaryparticle
size)が5〜200nmの範囲内のヒュームドシリ
カ(fumedsilica)の水性コロイド分散液を
含み、更に、前記ヒュームドシリカ含有量に基づいて0
.1〜5.0重量%のピペラジン、又は窒素に低級アル
キル置換基がついたピペラジンを含有する、特許請求の
範囲第7項記載の組成物。[Claims] 1. An aqueous colloidal silica sol or gel combined with 0.1 to 5% by weight of piperazine, based on the SiO_2 content of the sol, or piperazine with a lower alkyl substituent on the nitrogen. A method of polishing silicon wafers and similar materials comprising polishing with an abrasive. 2. polishing with an abrasive comprising an aqueous colloidal silica sol or gel combined with 0.1-5% by weight piperazine based on the SiO_2 content of the sol;
A method according to claim 1. 3. Polishing with an abrasive comprising an aqueous colloidal silica sol or gel combined with 0.1-5% by weight of piperazine with lower alkyl substitution on nitrogen based on the SiO_2 content of the sol. 2. The method of claim 1, comprising: 4. Polishing with the polishing agent further combined with 0.1 to 5% by weight of a water-soluble quaternary ammonium salt or base containing up to 6 carbon atoms. Method described. 5. Polishing with the polishing agent further combined with 0.1 to 5% by weight of a water-soluble quaternary ammonium salt or base containing up to 6 carbon atoms. Method described. 6. Polishing with the polishing agent further combined with 0.1 to 5% by weight of a water-soluble quaternary ammonium salt or base containing up to 6 carbon atoms. Method described. 7. A composition useful for polishing silicon wafers and similar materials, comprising an aqueous colloidal silica sol or gel and 0.1 to 5% by weight piperazine based on the SiO content of the sol or gel. A composition consisting of. 8. Primary particle size
an aqueous colloidal dispersion of fumed silica having a size) within the range of 5 to 200 nm;
.. 8. The composition of claim 7 containing 1 to 5.0% by weight of piperazine or piperazine with a lower alkyl substituent on the nitrogen.
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JPH0515302B2 (en) | 1993-03-01 |
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