JPS6114655B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は半導体に使用するために研磨する必要
のあるたとえば結晶ウエフアーの如きケイ素及び
ゲルマニウムの研磨に関する。 ケイ素ウエフアー及びいくらかのゲルマニウム
ウエフアーはトランジスター及び他の電子工学装
置用の半導体装置における支持結晶（supporting
crystals）として広範に使用される。0.13〜0.76
mmにすぎない厚さを有する非常に薄いウエフアー
はケイ素又はゲルマニウム結晶のインゴツトから
スライスされそして研磨されてできる限り平面の
表面を形成する。その理由はいかなる表面欠陥で
もウエフアーの電気伝導度に影響を与えるからで
ある。 水中の研磨剤のスラリーを上記の表面に施し、
そして研磨パツド（polishing pad）により研磨
は行なわれる。シリカは好ましい研磨剤である。
何故ならば、それは実質的に欠陥のない表面を与
えるからである。ウオルシユ（Walsh）等の合衆
国特許第3170273号にはシリカ濃度２〜50％を有
するシリカゾル及び２〜100重量％のシリカ濃度
を有するシリカゲルがケイ素及びゲルマニウム結
晶及び他の半導体材料を研磨するのに使用され
る。上記ゾル及びゲルの最終（一次）粒径は５〜
200ミリミクロンの範囲にあることができる。 ラシヤペレ（Lachapelle）の合衆国特許第
3328141号は結晶性ケイ素を研磨する速度は懸濁
化剤として水の存在下にアルカリ性化合物を研磨
剤と組合わせてpHを少なくとも約10、好ましく
は10.5〜12.5に致らしめると増加することを開示
している。二酸化ケイ素は適当な研磨剤として開
示されており、アルカリ金属及びアルカリ土金属
の酸化物、水酸化物及び強アルカリ性塩がアルカ
リ性化合物として開示されている。アルカリ性化
合物中の金属イオンは電子工業用グレードケイ素
及びゲルマニウムに対して有害なことがあり得
る。金属水酸化物及び強アルカリ性塩の他に、ト
レデインニツク（Tredinnick）等の米国特許第
3715482号は水酸化アンモニウムの使用を開示し
ている。しかしながら、迅速な研磨速度のために
10より大きいpHを与えるのに必要な水酸化アン
モニウムの量は特定の排気装置を使用しなければ
許容できないアンモニア臭を生じる。 製造時点から約１週間以上の後、シリカはスラ
リーから沈降しそして研磨組成物は、場合により
シリカの凝集によつて調製したばかりのスラリー
より大きい引掻傾向（tendency to scratch）を
生じるであろう。トレデインニツク等の特許にお
いては、貯蔵後にケイ素及びゲルマニウム表面を
引掻く傾向の減少したアルカリ性水性シリカ研磨
組成物が開示されている。水溶性セルロース誘導
体がシリカの沈降を抑制するのに使用されてい
る。しかしながら、この特許は少量のセルロース
誘導体ですらスラリーがはなはだしく粘性となり
且つ研磨速度を遅くすることを引き起こすことを
認めている。 本発明は合成無定形シリカ研磨剤と水溶性カル
ボキシポリメチレンゴム又はキサンタムゴム
（xanthum gum）である懸濁化剤とより成るケイ
素及びゲルマニウム表面を研磨するための組成物
を提供する。この組成物はアルカリ性化合物と共
に水中に容易に分散して種々の濃度及びpHのス
ラリーを形成することができる。高い固形分添加
量の場合ですら、スラリーは容易にポンプで送る
ことができ、そして研磨剤は３ケ月又はそれより
長い期間貯蔵後の懸濁液中に残留する。このスラ
リーは迅速な研磨速度及び曇りのない、高度に滑
らかなケイ素及びゲルマニウム表面を与える。よ
り迅速な研磨及び金属汚染のない表面を与えるた
めにアルカリ性化合物として有機アミン塩基を使
用するのが好ましい。 本発明の組成物はいかなるケイ素もしくはゲル
マニウム表面も研磨するのに使用することができ
るが、ケイ素及びゲルマニウムの結晶及び結晶性
ウエフアーの研磨に特に有用である。 合成の無定形シリカが本発明の研磨組成物に使
用され、これはたとえばシリカヒドロゲル、シリ
カエーロゲル、シリカキセロゲル及び沈降シリカ
を包含する。種々の合成無定形シリカが商業的に
人手可能であり、その製造方法は当技術分野では
十分に知られている。細かく分割されたシリカは
好ましくは約30ミクロンより小さい平均粒径、特
に約１ミクロン〜約15ミクロンの平均粒径を持
つ。これは集合体（aggregates）の粒径、即ち第
二次粒径である。 好ましい型の合成無定形シリカはシリカヒドロ
ゲルである。何故ならばそれは迅速な研磨及び優
れた表面を与えるからである。シリカヒドロゲル
は約５より小さいそして通常は１〜３のpHに到
達するまで硫酸の如き鉱酸を撹拌されたケイ酸ナ
トリウム溶液に加えてシリカゲルを形成すること
によつて製造することができる。アルカリケイ酸
塩溶液は普通は６〜20重量％のSiO₂濃度を有す
る。ゾルを固化してヒドロゲルとしそして洗浄し
てそれから電解質をなくする。次いで洗浄したヒ
ドロゲルを所望の粒径に粉砕し、そしてオープン
乾燥、流体エネルギーミル粉砕、スプレー乾燥、
フラツシユ乾燥又はいくつかの他の公知方法によ
つて乾燥することができる。シリカ濃度、温度、
及び反応のpH、洗浄の温度、pH及び時間及び乾
燥速度は密度、表面積及び細孔容積の如きゲル特
性に影響を与える。 一般に、シリカヒドロゲル研磨剤は燃焼による
損失により測定して少なくとも約50重量％の水を
含有し、好ましくは約55〜約75重量％の水を含有
する。ヒドロゲルの細孔構造は磨耗した
（abraded）ケイ素及びゲルマニウムを吸収し、
かくして研磨するための新規な表面を露出する。
かくして本発明はシリカヒドロゲルの水性スラリ
ーでケイ素及びゲルマニウム表面を研磨すること
より成るケイ素及びゲルマニウム表面を研磨する
方法を提供するものであり、この際該ヒドロゲル
は本発明の組成物中で懸濁化剤と配合されていて
もいなくてもよい。もちろん本発明は特に、ケイ
素又はゲルマニウムの表面に本発明の研磨スラリ
ーを施こしそして該スラリーで該表面を摩擦して
それを研磨することより成るケイ素又はゲルマニ
ウムの表面を研磨する方法も提供する。 本発明の研磨組成物は懸濁化剤として水に可溶
性のゴムを包含する。ゴムは水中に溶解又は分散
して粘性の又は粘着性の（mucilaginous）溶液又
は分散液を与えることができる親水性材料であ
る。本発明の研磨組成物は、比較的低い濃度の懸
濁化剤を有する比較的高い粘度のスラリーの形態
をとることができる。それによつてスラリーの固
体相と液体相間の比重差及びこれらの相間の相対
的流れは減少させられる。 重要な降伏値（yield value）、即ち加えられた
剪断力下の流れに対する初期抵抗を付与し得るそ
れらの能力の故に懸濁化剤は、安定でありしかも
操作がし易く且つ降伏値を越える場合にはたとえ
ばポンピング又は研磨において僅かな圧力下に容
易に流れる研磨スラリーを生成する。貯蔵後の引
掻傾向のないようなスラリーの貯蔵安定性、スラ
リーのポンプ作業性（pumpability）及び研磨速
度は懸濁化剤の選択により変えることができる。
特にカルボキシポリメチレンゴムは最善の懸濁液
を与えるキサンタムゴム（xanthum gum）より
は研磨速度の減少を小さくする。 カルボキシポリメチレンゴムの乾燥粉末は有機
溶媒中のアクリル酸又はその誘導体の付加重合に
よつて製造することができる。重合体は沈降しそ
して別されて粉末となる。 適当なカルボキシポリメチレンゴムは商標、カ
ルボポル（carbopol）910及びカルボポル941下に
ビーエフ・グツドリツチケミカルカンパニーによ
り販売されている合成の水に可溶性の非線形樹脂
を包含する。カルボポル910は約500000の分子量
を有し、そしてカルボポル941は約1000000の分子
量を有する。 キサンタムゴムは天然の高分子量多糖類であ
る。それらは微生物キサントモナスカンペストリ
ス（Xanthomonas campestris）によつて純粋な
培養酸酵酵法により製造することができる。適当
なキサンタムゴムは登録商標ケルザン
（Kelzan）及びケルサンＭ（Kelzan Ｍ）下にケ
ルコ社（Kelco Company）により販売されてい
る。これらの重合体は百分よりも大きい分子量を
有する複雑な天然多糖類ゴムである。重合体の分
子量は多分二百万程度であるが千三百万〜五千万
という高いものであることが報告されている。 研磨剤がシリカヒドロゲルである場合には特に
たとえば約38℃の高められた温度におけるスラリ
ーの貯蔵安定性を更に改良するのにシリカエーロ
ゲルも本組成物中に含まれるのが好ましい。好適
なシリカエーロゲルは登録商標“サイロイド”
（Syloid）下に“サイロイド266”（Syloid 266）
としてダブリユー・アール・グレース社（W.R.
Grace ＆ Co）のダビソンデイビジヨン
（Davison Division）により販売されている。一
般に、エーロゲルは４ミクロンより小さい、たと
えば約１〜約３ミクロンの平均二次粒径を持つこ
とができ、そしてたとえば懸濁化剤重量部あたり
エーロゲル約５〜約10重量部及び／又はシリカヒ
ドロゲル研磨剤重量部当り約0.02〜約0.05重量部
の割合で使用することができる。 研磨組成物はシリカ研磨剤及び懸濁剤を共に混
合又は粉砕することによりそれらの固体混合物と
して配合することができる。組成物はスラリーの
全重量を基準として一般にシリカ研磨剤約２〜約
70％、好ましくは約３〜約30％を含有する水性ス
ラリーとして配合することもできる。該組成物の
使用者は固体組成物に水を加えるか又は濃厚水性
スラリーを希釈して所望の濃度及び稠度の研磨ス
ラリーを得ることができる。 水性の、好ましくはアルカリ性研磨スラリー中
の懸濁化剤の濃度は貯蔵安定性並びにポンピング
及び研磨速度に対する使用者の要求に依存するで
あろう。一般に、それは研磨スラリーの全重量を
基準として約0.1〜約２％であろう。 懸濁剤の相対的割合はたとえば研磨剤の約0.3
重量％という小さいものであることができ、好ま
しくは懸濁剤の約0.5〜約30重量％である。 好ましくは、本発明の研磨スラリーはpHを少
なくとも約７、好ましくは少なくとも約10とする
ためアルカリ性化合物を含有する。研磨がアルカ
リ性pHにて達成される場合にはより良好な品質
の平面表面が得られそして研磨速度はより高い。
約10〜約12のpH値は最適表面品質特性にとつて
特に好ましい。スラリーのアルカリ度に依存し
て、実際の研磨速度はスラリーの全重量の約0.05
〜約50重量％の範囲の量を使用して得ることがで
きる。スラリーのpHは数週間にわたり貯蔵期間
中ゆつくりと減少することがあるがアルカリ性の
化合物の更に或る量を使用に先立ち加えることが
できる。 所望のpHを与えるのに水中で十分にアルカリ
性であり且つ懸濁化剤と相容性である任意の化合
物をアルカリ性化合物として使用することができ
る。使用可能な水に可溶性アルカリ性化合物には
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アン
モニウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム等
が包含される。上記した理由で、好ましくはトリ
エチルアミン、トリエタノールアミン、モノエタ
ノールアミン、ジイソプロパノールアミン、エチ
レンジアミン等の如き水に可溶性有機アミンが使
用される。一般に、約１個〜約６個の炭素原子を
含有する任意の水に可溶性の脂肪族アミン塩基を
使用することができる。エチレンジアミンは特に
好ましい。何故ならばそれは迅速な研磨速度を与
え、そしてスラリー中にシリカ研磨剤を分散させ
るからである。 研磨は研磨組成物の水性スラリーをケイ素又は
ゲルマニウム表面に施し、次いで研磨パツドで研
磨することによつて行なうことができる。ボウル
フイード（bowl feed）及び他の市販の入手可能
な研磨又はラソピング機を使用することができ
る。所望ならば表面を先ず粗大な研磨剤で先ず研
磨してもよく、そして仕上げを本発明の研磨スラ
リーで行なうことができる。研磨ホイールの圧力
及び速度並びに研磨時間は必要とされる表面完全
度を与えるように使用者により選ばれる。 本発明を下記実施例により更に説明する。 実施例 １ 65―70重量％の燃焼による全揮発分含有率を有
する洗浄されたシリカヒドロゲルを流体エネルギ
ーミル（fluid energy mill）（Mikropul ACM―
10ミル）中で6.5ミクロンの平均二次粒径に粉砕
した。粉砕したヒドロゲルの燃焼による全揮発分
含有率は58重量％であつた。

【表】 ７週間の貯蔵の後、濃厚なスラリーを水で希釈
して10重量％のシリカヒドロゲル含有率及び
pH10.8を有する研磨スラリーを形成する。 ７〜10の抵抗率を有するＰ―型ケイ素ウエフア
ーに対するスラリーの研磨効果は32インチホイー
ル及びスピンドル当り８個のウエフアーを持つ４
つのスピンドルを持つ“スピードフアムモード
32G”（“Speedfam Mode 32G”）研磨機を使用し
て決定した。研磨パツドにしたたり落ちるスラリ
ーの供給速度は１分間につき250cm³であり、そし
てウエフアー上の圧力は0.27Kg/cm²であつた。研
磨期間中のパツドの温度は約32℃〜約38℃の範囲
であつた。 いくつかの実験のためのウエフアーストツクの
平均取出し速度は１分につき1.7ミクロンであ
り、ウエフアーは研磨によつて引掻かれなかつ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 約30ミクロンより小さい平均二次粒径を持つ
   粒状合成無定形シリカ研磨剤の基剤と該シリカに
   対する懸濁化剤とを有する組成物であつて水性ス
   ラリーの形態又は水で希釈して水性スラリーとす
   ることができる組成物の形態にある、ケイ素もし
   くはゲルマニウムを研磨する組成物において、該
   組成物が懸濁化剤として水に可溶性のカルボキシ
   ポリメチレンゴム又はキサンタムゴムを含有する
   ことを特徴とする上記組成物。 ２ 約30ミクロンより小さい平均二次粒径を有す
   る粒状無定形シリカ研磨剤の基剤及び該シリカに
   対する懸濁化剤を有する水性研磨スラリーをケイ
   素又はゲルマニウムの表面に施こしそして該表面
   を該スラリーで摩擦して該表面を研磨することよ
   り成るケイ素又はゲルマニウムの表面を研磨する
   方法において、懸濁化剤として水に可溶性のカル
   ボキシポリメチレンゴム又はキサンタムゴムを含
   有するスラリーを該表面に施すことを特徴とする
   方法。